JP4688890B2 - マンガン含有量の多い軽量鋼を製造するための方法及び設備 - Google Patents
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Description
この発明は、鋼鉄を先ずは連続鋳造設備で連続したストランドとして鋳造して、ブルームに分割し、その次に最終的な厚さに圧延する形で、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）及びケイ素（Ｓｉ）の含有量の多い、ＴＷＩＰ（双晶誘起塑性）特性を持つ良好に冷間成形可能な高強度オーステナイト軽量鋼から成る熱間圧延ストリップを製造するための方法及び設備に関する。
例えば、車体用シート綱、車体補強部材並びに低温用容器及びパイプに使用されるＴＷＩＰ特性を持つオーステナイト軽量鋼は、例えば、特許文献１によると、１０〜３０％のＭｎ、１〜６％のＳｉ、１〜８％のＡｌ（但し、Ｓｉ＋Ａｌ≦１２％）、残りのＦｅを有する。
特許文献２には、良好な機械的特性の他に、腐食及び応力腐食割れに対する良好な耐性を有する、７〜３０％のＭｎ、１〜１０％のＡｌ、０．７〜４％のＳｉ、１０％以下のＣｒ、１０％以下のＮｉ、３％以下のＣｕ及び０．５％以下のＣ、並びに任意選択として合金元素Ｎ、Ｖａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｐを更に有する高強度軽量鋼が記載されている。この鋼鉄は、連続鋳造法で鋳造されて、熱間圧延されるか、或いは薄板鋳造法によって、最終的なサイズに近い形で鋳造されている。
従来技術では、様々な理由から、連続鋳造法によってマンガン含有量の多い鋼鉄を製造することは難しい、或いは不可能と考えられている。その理由は、Ｍｎの強いミクロ偏析に対して、凝固時におけるストランド凝固殻の強度が小さい（Ｍｎ＞１５％の場合に突破される虞が有る）、低い温度での大きな強度（設備による過負荷、ひび割れの問題）、鋼鉄内のアルミニウムと鋳造用粉末との反応（機能の制限）、マクロ偏析、散水冷却による水素及び／又は酸素の吸収、非金属含有物の混入増大、周縁領域での合金元素の密度低下、及びあと押し炉でブルームを再加熱する際の粒界の酸化である。
それに関して、非特許文献１では、マンガン含有量が増大すると、鋼鉄が益々鋳造し難くなることが示されている。一方において、マンガンは、含有量が多い場合、残留溶融物内で大きく濃縮されて、樹枝状晶間領域において融点を低下させるので、凝固後の温度の高い時に鋼鉄の強度が小さくなる。それによって、殻が突破される傾向が増大して、現在の推定によるとマンガン含有量が１５％以上の場合連続鋳造は不可能である。他方において、温度が低い場合、鋼鉄は大きな強度を有し、その結果ストランドを曲げる際に設備による過負荷が生じて、ひび割れの発生を覚悟しなければならない。更に、このような鋼鉄の場合、密度を低下させるなどのためにアルミニウムが混入されるように、アルミニウムの含有量が数パーセントとなると、鋳造用粉末との反応が起こり、その機能に大きな影響を与えることとなる。
それに関して、非特許文献２により、要約すると、鋳造用粉末を用いた方法に関して、ＴＷＩＰ綱を作るためには、想定されている合金構成で鋳造することは有利でないことが確認されている。
Ａｌ含有量の多い（１％を超える）鋼鉄を鋳造する際の主要な問題は、鋼鉄内のアルミニウムが鋳造用粉末の酸化物成分と反応することである。スラグ内のＳｉＯ2 と鋼鉄内のアルミニウムとの反応によって、Ａｌ2 Ｏ3 が生じて、スラグ内に取り込まれ、それによって、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 の比率）が増大する。その結果、鋳型内における粘性及び潤滑性が非常に大きく変化することとなる。
このような難しさの理由から、過去において、ＴＷＩＰ綱を製造するための様々な方法が記載されている。
特許文献３により、可能な炭素含有量（Ｃ≦１％）の増大と更なる元素（ここでは特にＢであるが、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐも可能）の添加とによって、弾性限界の明らかな低下とそれによる熱間及び冷間圧延時の可塑性の改善を達成する方法が周知である。この鋼鉄を製造するために、投入材料（ブルーム、薄いブルーム又はストリップ）を加熱して、所定の温度限界に注意しつつ熱間圧延し、巻き取っている。
特許文献４には、２ロール式鋳造機を用いて、１２〜３０％のマンガンを含有する鋼鉄を１ｍｍ〜６ｍｍ未満の厚さの薄い中間ストリップとして鋳造し、圧延ロールの隙間から垂直に出て来る中間ストリップを、その表面に塗布する冷却剤によって冷却し、その次に一回の熱間圧延パスで最終的な厚さに圧延する方法が記載されている。圧延ロールの隙間からの出力から圧延機への入力までの間の全体的な時間間隔は、約８秒である。
特許文献５により、Ｆｅ−Ｃ−Ｍｎ合金から成るストリップを製造する方法が周知であり、その方法では、先ずは、６〜３０％のＭｎ、０．００１〜１．６％のＣ、２．５％以下のＳｉ、６％以下のＡｌ、１０％以下のＣｒ及び更なる元素から成る組成の１．５〜１０ｍｍの厚さの薄い鋼板を２ロール式鋳造機で作り、その次にそれを１０〜６０％の低減度を持つ一つ以上の工程により熱間圧延している。
欧州特許第０８８９１４４号明細書
ドイツ特許公開第１９９００１９９号明細書
国際特許公開第０２／１０１１０９号明細書
欧州特許第１３４１９３７号明細書
欧州特許第１０６７２０３号明細書
Spitzer et al.:"Innovative Stahlprodukte - Herausforderung fuer die Prozessentwicklung"; Konferenz-Einzelbericht: Barbara 2001, S.71-84
Gigacher et al.:"Eigenschaften hochmanganhaltiger Staehle unter stranggiessaehnlichen Bedingungen"; BHM149 (2004), Heft 3, S.112-117
この発明の課題は、前述した従来技術を出発点として、所定の化学的組成を持つマンガン含有量の多い鋼鉄を連続鋳造法により製造することを可能とする出来る限り簡単に実現される方法及び設備を提示することである。
この設定した課題は、方法に関して、請求項１に挙げた特徴にもとづき、１５〜２７％のＭｎ、１〜６％のＡｌ、１〜６％のＳｉ、０．８％以下の炭素及び残りを鉄と微量元素とする所定の化学的な組成を持つ軽量鋼を、順番に配置した工程にもとづき、
・薄いブルーム（ｄ≦１２０ｍｍ）の鋳造機（１）で、非常に高速に平衡状態を達成して、その次にその潤滑性をもはや変化させない好適な鋳造用粉末を用いて鋳造して、ブルームに分割し、
・凝固と分割に続いて直ぐに、作業過程内の中間炉（４）でブルーム（３）の温度の均等化を行い、その次に、
・その後冷却すること無く直ぐにブルーム（３）を熱間圧延する、
ことによって解決される。
・薄いブルーム（ｄ≦１２０ｍｍ）の鋳造機（１）で、非常に高速に平衡状態を達成して、その次にその潤滑性をもはや変化させない好適な鋳造用粉末を用いて鋳造して、ブルームに分割し、
・凝固と分割に続いて直ぐに、作業過程内の中間炉（４）でブルーム（３）の温度の均等化を行い、その次に、
・その後冷却すること無く直ぐにブルーム（３）を熱間圧延する、
ことによって解決される。
この方法を実施するための設備は、請求項７の特徴によって特徴付けられる。
例えば、ＣＳＰ鋳造機（ＣＳＰ：コンパクトストリップ製造）で薄いブルームを製造する場合、ストランドは、垂直に引き出されて、凝固に続いて水平方向に曲げられ、その次にブルームに分割される。そのため、この場合内部のひび割れに関する問題は起こらない。高強度のオーステナイト鋼を製造することは、設備による過負荷を加えること無しに実施可能であり、この限りにおいて従来技術である。
凝固後直ぐのストランド内にも存在するミクロ偏析は、中間炉、例えば、ローラーハース炉による作業過程において、その後の圧延成形の前に、拡散によって大部分が又もや消滅する。その場合、ブルーム中心のマクロ偏析は、オーステナイト特殊鋼の場合と同様に、熱間圧延設備での大きな成形によって十分に均等化される。
この発明にもとづきＣＳＰ設備においてローラーハース炉を使用することによって、有利には、その短い通過時間のために、例えば、従来技術による伝統的な幅広ストランド用熱間圧延ラインのあと押し炉での長い加熱フェーズにより障害となる可能性の有る合金元素の大きな密度低下又は粒界の酸化が防止される。
この発明にもとづき薄いブルーム鋳造機でマンガン及びアルミニウム含有量の多いＴＷＩＰ軽量鋼を鋳造する技術を利用することができるためには、好適な鋳造用粉末を使用する必要がある。そのような好適な鋳造用粉末は、この発明によると、平衡状態を非常に高速に達成するとともに、その後その潤滑性をもはや変化させないという特性を有するものである。
この発明では、例えば、鋼鉄内のアルミニウムによるＳｉＯ2 を低下させる反応速度を遅くするために、鋳造用粉末は、１０％を超える多くのＡｌ2 Ｏ3 成分を含有する。平衡状態においてより多くのＳｉＯ2 を利用可能とするためには、それに代わって、或いはそれに追加して、鋳造用粉末のＳｉＯ2 成分を増加させ、その場合増加は、０．５〜０．７までの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 の比率）で行われる。
ＭｎＯ2 が、鋼鉄内のＡｌによって容易にＳｉＯ2 として還元され、それによってＳｉＯ2 の減少（燃焼）が防止されるので、この発明の追加的な手法として、鋳造用粉末にＭｎＯ2 を添加することが可能である。
この発明では、ＳｉＯ2 のようにガスを形成する形で作用するが、鋼鉄内のアルミニウムによって浸食（還元）されないＴｉＯ2 によってＳｉＯ2 の一部を置き換えて、鋳造用粉末に混合することも可能である。
最後に、鋳型内における鋳造用粉末の粘性を低下させる手法も有る。そうすることによって、鋳造用粉末の使用量が増大して、生成するＡｌ2 Ｏ3 がより多く取り去られ、その結果Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が少ない形で平衡状態が設定される。この粘性の低減は、鋳造用粉末にＢ2 Ｏ3 （ボラート）、Ｎａ2 Ｏ及び／又はＬｉＯ2 を添加することによって達成される。
以下において、この発明により熱間圧延ストリップを製造するための設備を模式図に図示して、方法の構成を詳しく説明する。
基本的に、使用する設備は、周知のＣＳＰ設備であり、この発明では、個々の設備構成部分間の間隔を変更して、凝固に続いて直ぐに作業過程内の中間炉で温度の均等化を実行し、その次にその後冷却すること無く直ぐにブルームを熱間圧延するとの要件を果たす形で、この発明による方法を実施することが可能となっている。
それに対応して、図面に図示した設備は、薄いブルームの鋳造機１とその後に配置された中間炉４から構成されており、中間炉には、凝固後の連続したストランド２から分割されたブルーム３が運び込まれる。この中間炉４には、更に圧延設備５が後置されており、そこでは、中間炉４で温度の均等化が行われた後のブルーム３が、直ぐに、即ち、その後冷却されずに、熱間圧延ストリップ６として圧延される。
Claims (6)
- 軽量鋼を先ずは連続鋳造設備（１）で連続したストランド（２）として鋳造して、ブルーム（３）に分割し、その次に最終的な厚さに圧延する形で、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）及びケイ素（Ｓｉ）を含有する、ＴＷＩＰ（双晶誘起塑性）特性を持つ良好に冷間成形可能な高強度オーステナイト軽量鋼から成る熱間圧延ストリップ（６）を製造するための方法において、
全体の重量に対する重量百分率に関して、１５〜２７％のＭｎ、１〜６％のＡｌ、１〜６％のＳｉ、０．８％以下の炭素及び残りを鉄と不純物とする所定の化学的な組成を持つ軽量鋼を、順番に配置した工程にもとづき、
・薄いブルーム（ｄ≦１２０ｍｍ）の鋳造機（１）で鋳造用粉末を用いて鋳造して、ブルーム（３）に分割し、その場合、鋼鉄内のアルミニウムによるＳｉＯ２の還元反応速度を遅くさせるか、或いは鋳型内における粘性を低下させることによりＡｌ２Ｏ３含有量を減少させるか、或いはその両方を実現するのに適した成分を鋳造用粉末に添加し、
・連続したストランド（２）の凝固とブルーム（３）への分割に続いて直ぐに、作業過程内の中間炉（４）で温度の均等化を行い、その次に、
・その後冷却すること無く直ぐにブルーム（３）を熱間圧延する、
ことと、
この鋳造用粉末が、０．５〜０．７の粘性（ＣａＯ／ＳｉＯ ２ の比率）を持つまでに含有量を増大させたＳｉＯ ２ を有することと、
を特徴とする方法。 - 当該の鋳造用粉末が、全体の重量に対する重量百分率に関して、１０％を超えるまでに含有量を増大させたＡｌ２Ｏ３を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 当該の鋳造用粉末が、ＭｎＯ２及び／又はＴｉＯ２を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 鋳型内における鋳造用粉末の粘性を低減するために、当該の鋳造用粉末が、Ｂ２Ｏ３（ボラート）、Ｎａ２Ｏ及び／又はＬｉ ２ Ｏの成分を含有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
- 中間炉（４）が、ローラーハース炉であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
- 請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法を実施するための、ＣＳＰ（コンパクトストリップ製造）設備と、その後に配置された設備構成部分である薄いブルームの鋳造機（１）、中間炉（４）及び圧延設備（５）とから構成された、全体の重量に対する重量百分率に関して、１５〜２７％のマンガン（Ｍｎ）、１〜６％のアルミニウム（Ａｌ）及び１〜６％のケイ素（Ｓｉ）を含有する、ＴＷＩＰ（双晶誘起塑性）特性を持つ良好に冷間成形可能な高強度オーステナイト軽量鋼から成る熱間圧延ストリップの製造設備において、
薄いブルームの鋳造機（１）で、鋳造用粉末を用いて鋳造して、ブルーム（３）に分割し、連続したストランド（２）の凝固に続いて直ぐに作業過程内の中間炉で、分割したブルーム（３）の温度の均等化を行い、次にその後冷却させること無く直ぐに、そのブルーム（３）を熱間圧延するように、これらの設備構成部分間の間隔を変化させることと、
この鋳造用粉末が、０．５〜０．７の粘性（ＣａＯ／ＳｉＯ ２ の比率）を持つまでに含有量を増大させたＳｉＯ ２ を有することと、
を特徴とする設備。
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