JPS63128112A - 鋼鋳片のＭｎＳ生成防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ＨｘＳをかなりの濃度で含む雰囲気で使用さ
れる油井管、天然ガス用ラインパイプ、海洋構造物材料
、加工性鋼板用鋼等において、割れ発生の起点となるＭ
ｎＳの生成を有効かつ安定して防止するための鋼鋳片の
製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 ＵＺＳをかなりの濃度で含む雰囲気で使用されるライン
パイプ用鋼では耐水素誘起割れ特性、海洋構造物材料で
はＺ方向引張り特性、加工性鋼板用鋼では伸びフランジ
特性に優れた鋼材が求められている。これら耐水素誘起
割れ特性、Ｚ方向引張り特性、伸びフランジ特性等に優
れた鋼材を得るには、鋼材中のＭｎＳを低減することが
重要である。

これらの課題に対して、特公昭５６−１３４２５号公報
に開示がある。この開示は、溶鋼を脱酸、脱硫した後に
Ｃａを添加し、酸化に消費されるＣａ量を低減して効果
的に残存ＳをＣａＳ化してＭｎＳの生成防止を狙うと共
に、このＣａをＡ　ｆ　ｔＯ，と反応させ、この反応に
より鋼材材質上に有害なＡ　ｌ　ｇｏｓ系の介在物を無
害なＣａＯ−Ａ　１　＠０．系介在物へ変質、転化しよ
うとするものである。

一方、このＭｎＳの生成防止に必要な鋼中のＣａ濃度に
ついては特公昭５７−１６１８４号公報および特公昭６
０−７６８６号公報に開示がある。これは、ＭｎＳの生
成を防止するためには、Ｓの全量をＣａＳ化するに必要
なＣａｉがあればよく、そのために、若干の余剰Ｃａ量
の存在を考慮することが望ましいことを開示している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来技術は、ＭｎＳの生成を防止するために、溶鋼段階
からＣａＳを優先生成させることを提案し、この際Ｃａ
を効果的に添加するため、ＣａＳ化に優先してＣａＯ化
する量を低減することを提案し、具体的にはＣａ添加に
先立って溶鋼を脱酸し、更には溶鋼中Ｓを低減すること
を提案している。

また、この場合に必要な鋼中のＣａ濃度については、溶
鋼段階ですでにＣａＳおよびＣａＯとなっているＣａ、
　　Ｓ、　　Ｏ量をも含めた全Ｃａ量を規制したもので
ある。換言すれば、全Ｃａ量が、鋳造機内に至るまでの
溶鋼段階および鋳造機内の区別なく同様な反応過程を経
てＭｎＳ、　Ｃａｂ、　ＣａＳの生成に寄与する考え方
にもとづき規制されたものである。

一般に、溶鋼から鋼材を得るには、鋳造機内での凝固過
程があり、ここでは成分偏析が不可避的に発生する。例
えば、連続鋳造鋳片では最終凝固位置に相当する鋳片断
面の厚み中心での成分偏析度があることは周知の通りで
ある。この部分は中心偏析部と呼ばれるところであり、
各成分の濃度が局所的に高くなる。したがってＭｎ、　
　Ｓ等偏析が著しい元素の挙動が問題となるＭｎＳの生
成を防止するためには、この偏析の影響を考慮すること
が必須である。しかも精錬技術の進歩により、鋼中Ｓ′
ａ度が２０ｐｐｍ以下の極低硫域にまで低減することが
容易となった現状では、この中心偏析部のみにＭｎＳが
生成するため、偏析の影響を考慮することが極めて重要
な技術課題になる。

前記した従来技術はいずれも、この偏析の存在に対して
着目しておらず、したがって、それぞれの提案通りに実
施しても、中心偏析部においては所定の効果が常に得ら
れないのが現実である。

一方、溶鋼段階で既に生成しだＣａ　Ｓ　＋　Ｃａ　Ｏ
ｆｉｉは精錬条件によって変化するため、全Ｃａ量を規
制する従来技術では、製造条件が変わる毎に必要Ｃａ量
の適正範囲が異なる。特に、全Ｃａ中に占めるＣａｂ。

ＣａＳに消費されたＣａ１ｌの割合が高い場合には、仮
に従来技術の提案に上記した偏析の影響を考慮した場合
でも、鋳造機内でのＭｎＳ生成防止が図れない場合が多
々生じる。第６図には、１つの試みとして、従来技術の
１つの問題点である偏析の影響が考慮できるように、鋳
片中心偏析部のＭｎＳ個数を中心偏析の程度を示す偏析
評価指数で整理した結果を２例示した。すなわち、横軸
は偏析の良悪に対応するものであり、いずれの例も従来
技術の提案通りに全Ｃａ、全Ｓ、全０を同じ量に制御し
ている。

図から明らかなように、両者とも上記した偏析の影響が
見られるが、同一偏析の場合においては全Ｃａ、全Ｓ、
全０が同じ場合でも両者のＭｎＳ生成のし易さが異なっ
ていることがわかる。特に、第６図に黒丸で示すＢの結
果では偏析が極めて小さなレベルの場合でも鋳片にＭｎ
Ｓが観察された。

本発明者等がこの理由について調査した結果、Ａの場合
には溶鋼段階でＣａｂ、ＣａＳになっていないＣａが存
在していたのに対し、Ｂの場合には、溶鋼段階で既に全
Ｃａが全てＣａｂ、ＣａＳに消費され、偏析粒内のＭｎ
Ｓの生成を全く防止できないことがわかった。

したがって、従来技術を用いた場合には、上記した偏析
の影響、および溶鋼段階におけるＣａの好ましい存在形
態の把握がなされないｈめ、鋳片の偏析部においてもＭ
ｎＳの生成を完全に防止するための必要Ｃａ添加量を決
定することができないのが現状である。

本発明は、上記した問題点を解消し、経済的に効率良く
、鋼鋳片の偏析部におけるＭｎＳの生成を安定、かつ確
実に防止することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記した目的を達成して問題点を解消するた
めに、溶鋼へのＣａ添加に関し、溶鋼中の全Ｃａ１量か
ら溶鋼中のＣａＯおよびＣａＳに消費されているＣａ１
ｌを差引いて残Ｃａ量を求め、一方？８鋼中の全０量お
よび全Ｓｆｉから溶鋼中のＣａＯ及びＣａＳに消費され
ている０量およびＳ量を各々差引いて求めた残０および
残Ｓが鋳造機内で溶鋼が凝固するまでの間にＣａＯおよ
びＣａＳ化するに必要な偏析補正必要Ｃａｌを凝固偏析
率に応じて求め、前記残Ｃａ量が前記偏析補正必要Ｃａ
ｆ以上となる量をＣａ添加量とすることを特徴とする鋼
鋳片のＭｎＳ生成防止方法を手段とするものである。

〈作　用〉 本発明者等は、前記した問題点を解決するために、種々
実験、検討を重ねた。その過程で、Ｃａ添加を行って鋼
鋳片の凝固過程におけるＭｎＳの生成を防止するに当た
っては、溶鋼段階で既にＣａＯ＋ＣａＳとして存在して
いるＣａ、　Ｏ，Ｓは、鋳造機内で起こる凝固過程での
ＭｎＳ生成反応に関与しないことを見いだした。すなわ
ち、鋳造機内で起こる偏析を伴わない凝固においても、
溶鋼中の全Ｃａ量、全ｏ１、全ｓ量から溶鋼段階で既に
ＣａＯ１およびＣａＳに消費されているＣａ［，０量、
Ｓｉを各々差引いた残Ｃａ量、残０量、残ｓｌが重要な
意味をもつことを知見した。

さらに、上記した知見にもとづき、実鋳造材を詳細に調
査研究し、凝固過程に起こるＭｎＳ、　ＣａＳ。

ＣａＯの生成反応および、各成分の偏析による濃縮を詳
細に検討した結果、一定の残Ｃａ、残Ｏ１残Ｓ量におけ
るＭｎＳ生成を防止できる条件が、鋼中の各成分の凝固
偏析率によって大きく変化することを知得した。

なお、ここで用いる溶鋼段階とは、鋳造機のモールドに
注入される直前、直後の溶鋼を指し、例えば連続鋳造機
においてはノズルよりモールド内に注入された直後の溶
鋼、ならびに注入容器であるタンディシュ内の溶鋼を意
図するものである。

本発明は、上記した２つの知見に基づいてなされたもの
であり、溶鋼段階における残Ｏおよび残Ｓ量が凝固偏析
率に応じて鋳造機内でＣａＯおよびＣａＳ化するに必要
な偏析補正Ｃａ量以上に溶鋼段階における残Ｃａ量を確
保することによって、偏析部におけるＭｎＳの生成を防
止し得たのである。

すなわち、第２図に連続鋳造鋳片の１例で示すように、
偏析率がある一定条件下における鋳片の・偏析部のＭｎ
Ｓ個数は、溶鋼段階における残Ｃａ量と、鋳造機内で残
Ｏ１残Ｓと反応するＣａ量との比と相関関係があり、（
１）式のごとく偏析率一定条件下におけるＭｎＳ生成防
止条件が成り立つ。

ここで、ａ、ｂおよびＣは、鋳造機の凝固条件によって
変化する定数であるが、鋳造機の凝固条件が一定の場合
には、ａ、ｂ、ｃは一定である。

例えば第２図に示した連続鋳造鋳片の場合にはａ＝０．
８．ｂ＝１．４．Ｃ＝８を用いることによって、各偏析
率一定条件下におけるＭｎＳ生成量の増減と良く対応す
る。

また、Ｋは偏析率によって変わる値であるが、（１１式
をさらに（２）式のように変換することができる。

すなわち、溶鋼段階における残０および残Ｓ量が凝固偏
析率に応じて鋳造機内でＣａＯおよびＣａＳ化するに必
要な偏析補正Ｃａ［が（２）式の左辺の分母のように表
わされ、（２）式の左辺が１以上になるように残Ｃａ量
を制御することによって、偏析部においてもＭｎＳ生成
が防止できるのである。

以下、Ｋについては偏析補正係数と称して説明する。さ
らに偏析補正係数には、偏析の評価方法によって定義方
法が異なるが、偏析の評価方法が一定であればその定義
式が一義的に求められるのである。

通常用いられる偏析の評価方法としては、ＥＰＭＡとコ
ンピュータを組合せた新Ｘ線マイクロアナライザによる
画像解析法、ピクリン酸水溶液等の腐食液を用いる鋳片
の偏析部の腐食法等によって、Ｍｎ、　　Ｓ、　　Ｐ、
　Ｃ等の偏析濃化領域を検出し、その偏析粒径や面積率
等を求める方法があり、本発明の偏析補正係数Ｋを定義
するためにはいずれもが適用できる。中でも、Ｍｎ偏析
の大きさを測定する方法は、鋼中Ｍｎ？ｆｆｉ度が他成
分に比べて高いこと、凝固鋼中におけるＭｎの拡散が遅
く凝固直後の偏析の実態を良く再現できること、ＭｎＳ
の溶解度積におよぼすＭｎの影響をも合わせて考慮でき
る等、利点が多く、極めて高精度に上記した偏析補正係
数を定義することができるのである。

例えば、溶鋼段階のＭｎ濃度に対してＭｎがある濃度以
上に濃化したＭｎ偏析粒の円相当径をｄ（ｍｓ）とする
と、Ｍｎ偏析率にとｄには（３）式のような関係が成立
する。

Ｋ　＝　ｘ　ｄ　＋　ｙ　　　　　　　　（３）ここで
、ｘ、ｙはＭｎ偏析粒が定義されるＭｎの濃化度によっ
て変わる定数である。１例として溶鋼段階のＭｎｔ１度
に対してＭｎが１．３２倍以上に濃化した部位をＭｎ偏
析粒と定義した場合には、ｘ＝２゜ｙ　＝　０．３とす
ることによって、第１図に示すように、全ての偏析状況
下において、鋳片のＭｎＳ生成が防止できるのである。

したがって、（２）、　（３１式より、鋼鋳片の偏析部
においてもＭｎＳ生成を防止するための条件を（４）式
、あるいは（５）式のように表わすことができる。

残Ｃａ≧（ｘＤ＋ｙ）　（ａ（残０）＋ｂ　（残５）−
ｃ）　　（４）すなわち、（４）式の右辺、（５）式の
左辺の分母で示される偏析補正必要Ｃａ量以上に鋳造開
始前の溶鋼中の残Ｃａ量を確保することによって添加し
たＣａがＭｎＳ生成防止のために有効に作用するのであ
る。

したがって溶鋼段階のＭｎ濃度に対してＭｎが１６３２
倍以上に濃化した部位をＭｎ偏析粒と定義すると、第１
図、第２図で示す連続鋳造鋳片の場合には、第３図に示
すごとく、（６）式に示す条件を確保することによって
、中心偏析部におけるＭｎＳの生成が防止できるのであ
る。

（２ｄ＋０．３）　（０，８（残０）＋１．４（残５）
−８）なお、ＭｎＳ生成防止を目的として添加される元
素としては、上記したＣａの他、ＲＥＭ、Ｔｉ等がある
。これらの元素を用いてＭｎＳの生成を防止する場合に
おいても、本発明を適用することによって、同様の作用
効果が期待できる。

〈実施例〉 実施例１ 一般に耐サワーラインパイプ用鋼として用いるＡｌ−５
ｔキルド鋼の成分を第１表に示す。このＡ１−５ｉキル
ド鋼に用途に応じてＮｉ、　Ｃｕ、　Ｃｒ、　Ｍｏ。

Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔｉ等の成分を適宜微量添加し、さらに
・Ｃａ添加を行い、連続鋳造法により厚み２８０ｔｍ。

幅１９００＋ｕのスラブを製造した。

第　　　１　　　表 実施例Ａ−Ｈにおいては、タンディシュ溶鋼段階での残
Ｃａ　（ｐｐｎ＋）、残０　（ｐｐｍ）、残Ｓ　（ｐｐ
ｍ）、および溶鋼段階でのＭｎｔＪ１度に対して１．３
２倍以上に濃化したＭｎ偏析粒径ｄ（ａｍ）が（６）式
となるようにＣａ添加量を調整した。

また実施例０〜Ｑにおいては、タンディシュ溶鋼段階で
の全０量が５０ｐｐａ＋以下、全Ｓ量が１０ｐｐｍ以下
になるように２次精錬でフランクス吹込みによる介在物
低減処理、および脱硫を実施した後、Ｃａ添加を行い、
連続鋳造機を用いて鋳造した。

なおこの場合には、同製造方法で得られている第４図お
よび（７）式に示す関係より全Ｏ量から推定した残０量
を用い、かつ溶鋼段階で既に生成したＣａＳ　＠が極め
て小さかったので、残Ｓ量α全Ｓ量として残ｓｌを推定
した。なお、Ｃａ添加量の調整に当たっては、（６）式
を用いた。

残０　（ｐｐｍ）＝０．９９　（全０（ｐｐｍ）　）　
−８，０＋７）一方、比較例におけるＣａ濃度の制御方
法としては、従来のように全Ｃａｓ全Ｓ、全０を用い、
特公昭５７−１６１８４号公報、特公昭６０−７６８６
号公報に提案されている方法を用いた。すなわち、全Ｃ
ａ（％）、全Ｓ（％）、全Ｏ（％）を（８１，（９）式
の範囲に制御した。

１．４≦全Ｃａ　（％）／全Ｓ（％）（９）以上の実施
例、比較例で得られた鋳片の断面サンプルを採取し、中
心偏析部のＭｎＳ生成の存無を調査した。

さらに、実施例、比較例で得られた鋳片を同一条件下で
９〜１２ｍ■の範囲に圧延した鋼板より試験片を採取し
、水素誘起割れ試験に供した。水素誘起割れ試験はＮＡ
ＣＥ条件（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ
ｏｆ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓが規定
する水素誘起割れ試験条件、ｐＨ３，２）で行った。ま
た、水素誘起割れ試験後の各試験片毎にＵＳＴ調査を行
い、割れ面積率（以下ＣＡＲと称す）を求めた。

実施例および比較例のタンディシュにおける各成分、Ｍ
ｎ偏析粒径ｄの最大値、鋳片でのＭｎＳ生成状況、およ
び鋼板での水素誘起割れ試験後のＣＡＲを第２表、第３
表に示す。

なお、第４図および（７）式は、製造条件が一定で、か
つ全Ｓ、全Ｏ量が限定される範囲において、残Ｏｉが全
ｏ１から推定され得る。ただし、この関係は経験的に得
られるものであり、全ｏ１の分析方法、Ｃａ添加方法、
取鍋耐火物等の種類によって変化するものである。また
、残Ｓｉと金Ｓｌの間についても、上記した残０ｆｆｉ
、全Ｏｉの関係が成り立つ場合がある。

実施例２ 一般に海洋構造物用鋼板として用いるＡ／　−５ｔキル
ド鋼の成分を第４表に示す。このＡｊ！　−Ｓｉキルド
鋼に、用途に応じてＣｕ、　Ｎｂ、　Ｖ、　Ｔｉ等の成
分を適宜？Ｘｋ量添加し、さらに、Ｃａ添加を行い、連
続鋳造法により厚２８０ｆｌ、幅１９００寵のスラブを
製造した。

第　　　４　　　表 実施例ＡＡ、ＡＢにおいては、タンディシュ溶鋼段階で
の残Ｃａ　（ｐｐｍ）、残０　（ｐｐｍ）、残Ｓ　（ｐ
ｐｍ）、および溶鋼段階でのＭｎｆ１％度に対して１．
３２倍に濃化したＭｎ偏析粒径ｄ（ｍ）が（６）式とな
るようにＣａ添加量を調整した。

一方、比較例ＡＣ，ＡＤにおいては、従来の全Ｃａ、全
Ｓ、全０を用い、特公昭５７−１６１８４号公報、特公
昭６０−７６８６号公報に提案されている方法を用いた
・すなわち、鋼材の全Ｃａ　（％）、全Ｓ（％）全０（
％）を（８）、　（９）式の範囲に制御した。

以上の実施例、比較例で得られた鋳片の断面サンプルを
採取し、中心偏析部のＭｎＳ生成の有無を調査した。

さらに、実施例、比較例で得られた鋳片を同一条件下で
圧延し、板Ｋ　７５　ｍｍの鋼材を得た。その後鋼材の
板厚中心部のＺ方向引張り試験片を採取し、ＡＳＴＭ法
にしたがって、しぼり値を求めた。

実施例および比較例における各成分、Ｍｎ偏析粒径ｄの
最大値、鋳片でのＭｎＳ生成状況、および鋼板でのＺ方
向引張り時のしぼり値（％）を第５表。

第６表に示す。

実施例３ 一般に加工性鋼板用鋼として用いる＾ｌ　−Ｓｉキルド
鋼の成分を第７表に示す。本例は、このＡ１−５ｉキル
ド鋼にＣａ添加を行い、連続鋳造法により厚み２８０朋
、幅１９０Ｑ＋ｎのスラブを装造した。

第　　　７　　　表 実施例ＢＡ、ＢＢにおいてはタンディシュ溶鋼段階での
残Ｃａ　（ｐｐｍ）、残０　（ｐｐｍ）、残Ｓ　（ｐｐ
ｎ＋）および溶鋼段階でのＭｎ’ｌｔ１度に対して１．
３２倍以上に濃化したＭｎ偏析粒径ｄ　（１ｍ）が（６
）式となるようにＣａ添加量を調整した。

一方、比較例ＢＣ，ＢＤにおいては、従来の全Ｃａ、全
Ｓ、全０を用い、特公昭５７−１６１８４号公報、特公
昭６０−７６８６号公報に提案されている方法を用いた
。すなわら鋼材の全Ｃａ　（％）、全Ｏ（％）、全Ｓ（
％）を（８１，（９１式の範囲に制御した。

以上の実施例、比較例で得られた鋳片の断面サンプルを
採取し、中心偏析部のＭｎＳ生成の有無を調査した。

さらに、実施例、比較例で得られた鋳片を同一条件下で
圧延し、板厚２．９　＋ｎの鋼材を得た。その後、鋼板
から試験片を採取し、第５図に示す要領で穴拡げ性を調
査した。

なお、穴拡げ性は、基準孔半径ｒ。に対する破断直前の
孔半径ｒの比ｒ　／　ｒ（１で比較した。

実施例および比較例における各成分、Ｍｎ偏析粒径ｄの
最大値、鋳片でのＭｎＳ生成状況、および鋼板でのｒ　
／　１６を第８表、第９表に示す。

〈発明の効果〉 以上に説明したように、本発明においては、溶鋼段階に
おける残０量、残Ｓ量が凝固偏析率に応じて鋳造機内で
溶鋼が凝固するまでの間にＣａＯおよびＣａＳ化するに
必要な偏析補正必要Ｃａ以上に、溶鋼段階における残Ｃ
ａ量を調整するものである。

したがって、従来技術で問題とされた偏析および溶鋼段
階におけるＣａＯ，Ｃａ５ｌｉの変化に対応して、鋳片
のＭｎＳの生成を偏析部においても経済的に、完全かつ
確実に防止することができる。このため、本発明によれ
ば鋼材の要求特性に応して、優れた耐水素誘起割れ特性
、Ｚ方向引張り時のしぼり値、伸びフランジ性等を有す
る鋼板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続鋳造鋳片中心偏析部のＭｎＳ生成におよぼ
すＭｎ偏析径（溶鋼中のＭｎ濃度に対して１．３２倍以
上に濃化したＭｎ偏析粒径）と残Ｃａ／（０，８（残０
）　＋１．４　（残５）−８）の関係、および実線はＭ
ｎＳ生成が防止できるＫとＭｎ偏析径との関係を示す図
、第２図は連続鋳造鋳片においてＭｎ偏析径（溶鋼中の
Ｍｎ濃度に対して１．３２倍以上に濃化したＭｎ偏析粒
径）が０．３，０．５．ｌ、Ｑ＋ｎの場合の残Ｃａ／　
（０，８（残０）　＋１．４　（残Ｓ）　−８）と中心
偏析部のＭｎＳ個数の関係を示す図、第３図は連続鋳造
鋳片における残Ｃａ／　（２ｄ　＋　０．３）　（０，
８（残０）＋１．４（残５）−８）と中心偏析部のＭｎ
偏析粒内のＭｎＳ個数の関係を示す図、第４図は実施例
○、Ｐ、Ｑを実施した製造プロセスにおけるクンディシ
ュでの全Ｏと残○の関係を示す図、第５図は実施例３で
示した鋼板の穴拡げ性試験方法の概略を示す図、第６図
は従来技術が提案した方法で鋳造した鋳片の中心偏析部
のＭｎＳ個数を、偏析評価指数で整理した結果を示す図
である。 第１図 ０　　σ、２６．４　　　（１，６θδ　　ｆ、０Ｍｎ
４４折誼径ｄ 第２図 （Ｉｆ２Ｊ４ 残Ｃａ θθ（残０）＋　１．４　（残Ｓ）−８第３図 第４図 会０（ｆ’Ｐｘｒ） 第６図 吏□禍析言平イ面寸旨敬　　−−芝 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶鋼へのＣａ添加に関し、溶鋼中の全Ｃａ量から溶鋼中
   のＣａＯおよびＣａＳに消費されているＣａ量を差引い
   て残Ｃａ量を求め、一方溶鋼中の全Ｏ量および全Ｓ量か
   ら溶鋼中のＣａＯ及びＣａＳに消費されているＯ量およ
   びＳ量を各々差引いて求めた残Ｏおよび残Ｓが鋳造機内
   で溶鋼が凝固するまでの間にＣａＯおよびＣａＳ化する
   に必要な偏析補正必要Ｃａ量を凝固偏析率に応じて求め
   、前記残Ｃａ量が前記偏析補正必要Ｃａ量以上となる量
   をＣａ添加量とすることを特徴とする鋼鋳片のＭｎＳ生
   成防止方法。