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技術 低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法および低炭素鋼薄肉鋳片、並びに低炭素鋼薄鋼板の製造方法

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 笹井勝浩諸星隆宮嵜雅文
出願日 2016年7月29日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2016-149147
公開日 2018年2月1日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2018-015794
状態 特許登録済
技術分野 薄鋼板の熱処理 炭素鋼又は鋳鋼の製造 溶融状態での鋼の処理 連続鋳造
主要キーワード La酸化物 多孔ノズル 酸化物界面 急冷効果 Nd酸化物 全酸素濃度 材質劣化 ノズル吐出流
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (2)

課題

溶鋼中の介在物を極力低下させた上で、ノズル詰まりと介在物粗大化が起こり難い介在物組成と異方性発現し難い凝固組織に制御できる双ロール式連続鋳造方法低炭素鋼薄肉鋳片、低炭素鋼薄鋼板の製造方法を提供する。

解決手段

大気圧下での脱炭処理に引き続き減圧下での脱炭処理を行って、溶存酸素濃度を0.005〜0.035質量%とした溶鋼に、少なくともAl、Tiの1種または2種を添加して脱酸し、酸可溶Al濃度を0.05質量%以下、酸可溶Ti濃度を0.1質量%以下、且つ酸可溶Al濃度と酸可溶Ti濃度の合計を0質量%超に成分調整した後、さらにCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計を0.0003〜0.03質量%添加して介在物制御した溶鋼を双ロール式連続鋳造法鋳造する。

概要

背景

省工程・省エネルギーの観点から、最終品に近い薄板鋳造段階で製造する技術、すなわちニアネットシェイプ連続鋳造の開発が行われている。この内、薄板系のニア・ネット・シェイプ連続鋳造として有力なものとして、双ロール式連続鋳造方法が特許文献1に開示されている。双ロール式連続鋳造装置を用いた薄肉鋳片の連続鋳造においては、図1に示すように互いに逆方向に回転する一対の冷却ロール1により区画された湯溜まり部2に、溶鋼3を浸漬ノズル4とその内部に設けたフィルター7を介してタンディッシュ5から供給することにより薄肉鋳片6を鋳造するようになっている。この双ロール式連続鋳造において表面欠陥内部欠陥のない薄肉鋳片を安定的に鋳造するためには、湯溜まり部2内の溶鋼流動整流化し、湯面変動を防止することが重要である。

これに対し、特許文献2には、浸漬ノズル内にフィルターを内蔵させ、ノズル全幅にわたって乱れのない吐出流を生成させる方法が、また特許文献3にはスリット状ノズルに整流多孔ノズル内装させ、ノズル吐出流を整流化する方法が、それぞれ開示されている。また、Al脱酸溶鋼双ロール式連続鋳造法では、ノズル詰まりに起因する吐出流の乱れが湯面変動を引き起こし、鋳造を不安定化させることが知られているが、溶鋼中にCaを添加してCaO−Al2O3の低融点介在物改質することでノズル詰まりを防止する方法が特許文献4で提案されている。さらに、Al脱酸溶鋼では、ノズル詰まりの防止やアルミナ介在物による表面欠陥の防止が難しいことから、CeとLaで脱酸すると共に溶存酸素を残す方法およびTiとCe、Laで複合脱酸する方法が特許文献5に開示されており、非アルミナ介在物に制御することでノズル付着の抑制に効果を発揮している。

概要

溶鋼中の介在物を極力低下させた上で、ノズル詰まりと介在物粗大化が起こり難い介在物組成と異方性発現し難い凝固組織に制御できる双ロール式連続鋳造方法、低炭素鋼薄肉鋳片、低炭素鋼薄鋼板の製造方法を提供する。大気圧下での脱炭処理に引き続き減圧下での脱炭処理を行って、溶存酸素濃度を0.005〜0.035質量%とした溶鋼に、少なくともAl、Tiの1種または2種を添加して脱酸し、酸可溶Al濃度を0.05質量%以下、酸可溶Ti濃度を0.1質量%以下、且つ酸可溶Al濃度と酸可溶Ti濃度の合計を0質量%超に成分調整した後、さらにCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計を0.0003〜0.03質量%添加して介在物制御した溶鋼を双ロール式連続鋳造法で鋳造する。

目的

このような状況を鑑み、溶鋼中の介在物を極力低下させた上で、ノズル詰まりと介在物粗大化が起こり難い介在物組成と異方性が発現し難い凝固組織に制御できる双ロール式連続鋳造方法、およびそれを用いて鋳造した加工性成形性に優れた低炭素鋼薄肉鋳片を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

大気圧下での脱炭処理に引き続き減圧下での脱炭処理を行って、溶存酸素濃度を0.005〜0.035質量%とした溶鋼に、少なくともAl、Tiの1種または2種を添加して脱酸し、酸可溶Al濃度を0.05質量%以下、酸可溶Ti濃度を0.1質量%以下、且つ酸可溶Al濃度と酸可溶Ti濃度の合計を0質量%超に成分調整した後、さらにCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計を0.0003〜0.03質量%添加して介在物制御した溶鋼を双ロール式連続鋳造法鋳造することを特徴とする低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法。

請求項2

大気圧下での脱炭処理後の溶鋼中のC濃度を0.05質量%以上0.1質量%以下とし、減圧下での脱炭処理後のC濃度を0.01質量%以上0.05質量%未満とすることを特徴とする請求項1に記載の低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法。

請求項3

大気圧下での脱炭処理を転炉で行い、減圧下の脱炭処理を真空脱ガス装置で行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法。

請求項4

少なくともAl、Tiの1種または2種を添加して脱酸し、酸可溶Al濃度を0.05質量%以下、酸可溶Ti濃度を0.1質量%以下、且つ酸可溶Al濃度と酸可溶Ti濃度の合計を0質量%超に成分調整すると共に、3分以上攪拌を行った後、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計を0.0003〜0.03質量%添加して介在物制御した溶鋼を双ロール式連続鋳造法で鋳造することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法。

請求項5

C:0.01〜0.05質量%、Si:0.005〜0.03質量%、Mn:0.6質量%以下、P:0.02質量%以下、S:0.01質量%以下、酸可溶Al:0.05質量%以下、酸可溶Ti:0.1質量%以下、酸可溶Al+酸可溶Ti:0質量%超、N:0.0005〜0.01質量%、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計:0.0003〜0.03質量%、全酸素濃度が0.002質量%以下、残部がFe及び不可避的不純物であり、直径30μm超の酸化物が5個/cm2未満であり、且つ等軸晶率が10%以上であることを特徴とする厚みが5mm以下の低炭素鋼薄肉鋳片。

請求項6

さらに、Nb:0.05質量%以下、V:0.03質量%以下、Mo:0.03質量%以下、Ni:0.05質量%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項5に記載の低炭素鋼薄肉鋳片。

請求項7

請求項5又は請求項6に記載の低炭素鋼薄肉鋳片に、冷間圧延再結晶温度以上での連続焼鈍を行い、引き続き調質圧延を施すことを特徴とする低炭素鋼薄鋼板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、双ロール式連続鋳造方法により製造された加工性成形性と清浄性に優れた低炭素鋼薄肉鋳片およびその製造方法、並びに低炭素鋼薄鋼板の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

省工程・省エネルギーの観点から、最終品に近い薄板鋳造段階で製造する技術、すなわちニアネットシェイプ連続鋳造の開発が行われている。この内、薄板系のニア・ネット・シェイプ連続鋳造として有力なものとして、双ロール式連続鋳造方法が特許文献1に開示されている。双ロール式連続鋳造装置を用いた薄肉鋳片の連続鋳造においては、図1に示すように互いに逆方向に回転する一対の冷却ロール1により区画された湯溜まり部2に、溶鋼3を浸漬ノズル4とその内部に設けたフィルター7を介してタンディッシュ5から供給することにより薄肉鋳片6を鋳造するようになっている。この双ロール式連続鋳造において表面欠陥内部欠陥のない薄肉鋳片を安定的に鋳造するためには、湯溜まり部2内の溶鋼流動整流化し、湯面変動を防止することが重要である。

0003

これに対し、特許文献2には、浸漬ノズル内にフィルターを内蔵させ、ノズル全幅にわたって乱れのない吐出流を生成させる方法が、また特許文献3にはスリット状ノズルに整流多孔ノズル内装させ、ノズル吐出流を整流化する方法が、それぞれ開示されている。また、Al脱酸溶鋼双ロール式連続鋳造法では、ノズル詰まりに起因する吐出流の乱れが湯面変動を引き起こし、鋳造を不安定化させることが知られているが、溶鋼中にCaを添加してCaO−Al2O3の低融点介在物改質することでノズル詰まりを防止する方法が特許文献4で提案されている。さらに、Al脱酸溶鋼では、ノズル詰まりの防止やアルミナ介在物による表面欠陥の防止が難しいことから、CeとLaで脱酸すると共に溶存酸素を残す方法およびTiとCe、Laで複合脱酸する方法が特許文献5に開示されており、非アルミナ介在物に制御することでノズル付着の抑制に効果を発揮している。

先行技術

0004

特開昭60−137562号公報
特開昭62−282753号公報
特開平8−164454号公報
特開平10−29047号公報
特開2004−195522公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記の特許文献2〜3の方法は、双ロール式連続鋳造法で製造されるステンレス鋼(Al脱酸ではない)ではある程度の効果を発揮しているが、Al脱酸の低炭素鋼鋳造に際しては脱酸生成物であるアルミナ介在物が凝集合体により粗大化すると共に、浸漬ノズル吐出孔、浸漬ノズル内のフィルターや整流多孔ノズルにも付着するため、吐出流は乱れ、湯面変動に起因する介在物の再巻き込みにより内部欠陥が多発するといった問題を生じる。さらに、双ロール式連続鋳造法ではタンディッシュから注入された溶鋼は極めて短時間で凝固し、介在物の浮上時間を確保できないため、Al脱酸溶鋼では殆どの粗大なアルミナ介在物が薄肉鋳片内に捕捉され、湯面変動がない安定鋳造状態であっても内部欠陥が発生する可能性は高い。また、特許文献4のアルミナ介在物の改質方法は、浸漬ノズルの詰まりやフィルターの目詰まり防止には有効に作用するが、改質されたCaO−Al2O3介在物は液相のため取鍋、タンディッシュ、浸漬ノズル内で容易に合体して粗大化する。この粗大介在物は浸漬ノズル内のフィルターでは除去されないため、上述のように直ちに薄肉鋳片内に捕捉され、加工時に割れ発生(内部欠陥)の原因となる。また、特許文献5に記載のように、非アルミナ介在物にして凝集性を低下させる方法では、浸漬ノズルの詰まりに対してある程度の効果を発揮するものの、極低炭素濃度域まで脱炭した溶鋼中には非常に高濃度の溶存酸素(0.1質量%程度)が含まれており、これをAl以外の脱酸材で脱酸しても溶鋼中には多量の非アルミナ介在物が生成することになるため、鋳造時間が長くなるとノズル詰まり防止効果の低下は避けられない。さらに、特許文献5の方法で、脱酸後にも溶鋼中に溶存酸素を残すと鋼板の成形性・加工性が低下することが知られており、十分な材質を確保できないといった問題も生じる。

0006

さらに、双ロール式連続鋳造法で製造した薄鋼板では、加工時に異方性が現れ、例えば製時に深絞り加工を施すと缶の円周方向に山部と谷部が交互に続く、いわゆるイヤリングが発生する。このイヤリングが大きいと製缶の歩留まりが低下すると共に、イヤリング部が金型に接触し製缶トラブルにつながるため、双ロール式連続鋳造法で得た薄鋼板は高い成形性・加工性を要求される用途には適用できていないのが現状である。

0007

本発明は、これらの現状を鑑み、溶鋼中の介在物を極力低下させた上で、ノズル詰まりと介在物粗大化が起こり難い介在物組成と異方性が発現し難い凝固組織に制御できる双ロール式連続鋳造方法、およびそれを用いて鋳造した加工性・成形性に優れた低炭素鋼薄肉鋳片、並びに低炭素鋼薄鋼板の製造方法の提供を課題としている。

課題を解決するための手段

0008

このような状況を鑑み、溶鋼中の介在物を極力低下させた上で、ノズル詰まりと介在物粗大化が起こり難い介在物組成と異方性が発現し難い凝固組織に制御できる双ロール式連続鋳造方法、およびそれを用いて鋳造した加工性・成形性に優れた低炭素鋼薄肉鋳片を提供するために、低炭素鋼の介在物低減方法、ノズル詰まりと介在物粗大化防止に有効な添加元素解明と介在物改質方法、加工時の異方性発現機構の解明とその防止対策に関して鋭意研究を重ね、得られた知見を双ロール式連続鋳造工程の中で最適に組み合わせてプロセス設計することにより本発明の完成に至った。

0009

その要旨は以下の通りである。すなわち、
(1)大気圧下での脱炭処理に引き続き減圧下での脱炭処理を行って、溶存酸素濃度を0.005〜0.035質量%とした溶鋼に、少なくともAl、Tiの1種または2種を添加して脱酸し、酸可溶Al濃度を0.05質量%以下、酸可溶Ti濃度を0.1質量%以下、且つ酸可溶Al濃度と酸可溶Ti濃度の合計を0質量%超に成分調整した後、さらにCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計を0.0003〜0.03質量%添加して介在物制御した溶鋼を双ロール式連続鋳造法で鋳造することを特徴とする低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法。
(2)大気圧下での脱炭処理後の溶鋼中のC濃度を0.05質量%以上0.1質量%以下とし、減圧下での脱炭処理後のC濃度を0.01質量%以上0.05質量%未満とすることを特徴とする(1)に記載の低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法。
(3)大気圧下での脱炭処理を転炉で行い、減圧下の脱炭処理を真空脱ガス装置で行うことを特徴とする(1)または(2)に記載の低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法。
(4)少なくともAl、Tiの1種または2種を添加して脱酸し、酸可溶Al濃度を0.05質量%以下、酸可溶Ti濃度を0.1質量%以下、且つ酸可溶Al濃度と酸可溶Ti濃度の合計を0質量%超に成分調整すると共に、3分以上攪拌を行った後、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計を0.0003〜0.03質量%添加して介在物制御した溶鋼を双ロール式連続鋳造法で鋳造することを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1つに記載の低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法。
(5)C:0.01〜0.05質量%、Si:0.005〜0.03質量%、Mn:0.6質量%以下、P:0.02質量%以下、S:0.01質量%以下、酸可溶Al:0.05質量%以下、酸可溶Ti:0.1質量%以下、酸可溶Al+酸可溶Ti:0質量%超、N:0.0005〜0.01質量%、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計:0.0003〜0.03質量%、全酸素濃度が0.002質量%以下、残部がFe及び不可避的不純物であり、直径30μm超の酸化物が5個/cm2未満であり、且つ等軸晶率が10%以上であることを特徴とする厚みが5mm以下の低炭素鋼薄肉鋳片。
(6)さらに、Nb:0.05質量%以下、V:0.03質量%以下、Mo:0.03質量%以下、Ni:0.05質量%以下の1種又は2種以上を含有することを特徴とする(5)に記載の低炭素鋼薄肉鋳片。
(7)(5)又は(6)に記載の低炭素鋼薄肉鋳片に、冷間圧延再結晶温度以上での連続焼鈍を行い、引き続き調質圧延を施すことを特徴とする低炭素鋼薄鋼板の製造方法。

発明の効果

0010

本発明によると、溶鋼の清浄性を極力高めた上で、ノズル詰まりと介在物粗大化を抑制でき、さらに凝固組織の異方性を低減できるため、加工性、成形性に優れた低炭素鋼薄鋼板を、双ロール式連続鋳造法を用いて安定的に製造することが可能となる。

図面の簡単な説明

0011

双ロール式連続鋳造装置の概要を示す図。

0012

以下に本発明を詳細に説明する。

0013

一般に、低炭素鋼は転炉等の大気圧下で酸素を吹き付けて脱炭処理し、最終C濃度の溶鋼を溶製している。脱炭処理後の溶鋼中にはC濃度に応じて多量の溶存酸素が含まれており、多い場合には0.1質量%を超える場合もある。この溶存酸素は通常Alの添加により殆ど脱酸されるため、溶鋼中には溶存酸素量に相当する多量のアルミナ介在物が生成し、溶鋼の清浄性を大きく低下させる。また、溶鋼中の溶存酸素濃度が高くなると、同時に取鍋スラグのFeO,MnO等の低級酸化物濃度も上昇するため、脱酸後にスラグによる溶鋼再酸化が生じ、アルミナ介在物量が更に増大する。このアルミナ介在物は溶鋼中で凝集合体しながら浮上分離していくが、タンディッシュ内でも溶鋼中の介在物量は全酸素濃度で0.004質量%程度もあり、溶鋼中には凝集合体で生成した数百μm程度にも達する大型のアルミナ介在物(アルミナクラスター)も含まれている。この溶鋼を双ロール式連続鋳造法で鋳造すると凝固時間が非常に短いため、通常のスラブ連続鋳造装置とは大きく異なり、鋳型内での介在物浮上分離は殆ど期待できない。また、双ロール式連続鋳造用浸漬ノズルは吐出流を整流化する目的で、整流多孔ノズルやフィルターを設ける等の複雑な構造となっているため、通常の連続鋳造用浸漬ノズルに比べて多量の介在物がノズル内壁、吐出孔やフィルターに付着する。ノズル閉塞が発生すると、浸漬ノズルからの吐出流が不安定となり、ロール間の湯溜まり部で湯面変動に起因する介在物の再巻き込みが生じる。このように、双ロール式連続鋳造法で低炭素鋼を鋳造すると、加工時に割れ発生の原因となる多量のアルミナクラスターが薄肉鋳片内に捕捉されるため、これまで高品質な低炭素鋼薄鋼板を双ロール式連続鋳造法で製造することは非常に難しかった。

0014

一方、双ロール式連続鋳造法で鋳造した低炭素鋼薄肉鋳片の凝固組織は、鋳片内部まで真っ直ぐ成長した柱状晶からなっている。凝固組織の形態は溶鋼中のC濃度と凝固時の固液界面温度勾配に強く影響され、低炭素鋼のようにC濃度が0.1質量%以下で、双ロール鋳造のように温度勾配が大きくなると、柱状晶が極めて成長し易くなる。双ロール式連続鋳造法で製造された数mm厚の薄肉鋳片は、最終板厚まで冷間圧延されるが、従来の250mm厚程度で鋳造される連続鋳造鋳片とは異なり圧下率を大きく確保できない。その結果、凝固組織成長の方向性が最終薄鋼板にも残留し、加工時に異方性として現れ、例えば製缶時に深絞り加工を施すと缶の円周方向に山部と谷部が交互に続く、いわゆるイヤリングが発生することを本発明者らは知見している。

0015

以上の課題を踏まえて、本発明は、[1]低炭素溶鋼中の介在物低減方法、[2]ノズル詰まりと介在物粗大化防止に有効な添加元素の解明と介在物改質方法、[3]加工時の異方性発現機構に基づく凝固組織制御に関して鋭意研究を重ね、得られた知見を低炭素鋼の溶製工程から双ロール式連続鋳造工程までの中で最適に組み合わせてプロセス設計することにより完成させたものである。

0016

まず、[1]の低炭素溶鋼中の介在物低減方法について、以下に述べる。この低炭素鋼製造の技術思想は、大気圧下で精錬してC濃度を最終成分値よりも高めに吹き止め、溶鋼中に過剰な炭素を残し、この溶鋼をさらに減圧下で脱炭処理することにより、溶存酸素濃度を極限まで低減し、高清浄鋼を溶製することにある。低炭素鋼は転炉等の大気圧下で酸素を吹き付けて脱炭処理するため、脱炭処理後の溶鋼中にはC濃度に応じた溶存酸素が含まれており、例えば最終C濃度0.04質量%の低炭素鋼(平均的な成分)では0.06質量%程度の溶存酸素を含んでいる。この溶存酸素は通常Alの添加により殆ど脱酸される(下記(1)式の反応)ため、溶鋼中では0.06質量%の全酸素濃度に相当する多量のアルミナ介在物を生成し、溶鋼清浄性を大きく低下させる。
2Al+3O=Al2O3 (1)

0017

これに対して、本発明では、大気圧下における脱炭処理によるC濃度を製品値よりも高め、すなわち0.05〜0.1質量%にして脱炭処理を終了するため、溶存酸素濃度は0.049〜0.024質量%程度となり、大気圧下における脱炭処理のみで平均的な最終C濃度(0.04質量%)まで脱炭した場合の溶存酸素濃度0.06質量%よりも低い。本発明の大気圧下での脱炭処理溶鋼は、続いて減圧下で脱炭処理されるため、下記(2)式の脱炭反応がさらに進行し、C濃度は最終成分値(0.04質量%)まで低下すると共に、それに応じて溶存酸素もさらに減少させることができる。
C+O=CO (2)

0018

大気圧下での脱炭処理によるC濃度を最も低い0.05質量%にした際には、減圧下での脱炭処理後の溶存酸素濃度が最も高くなるが、それでも0.035質量%程度に抑えることができる。また、大気圧下での脱炭処理終了後のC濃度を0.065質量%程度よりも高くすると、その後の減圧下での脱炭処理において溶存酸素が不足し、C濃度を最終成分値(0.04質量%)まで低下させることができない。その場合には、脱炭処理後半の脱炭反応が停滞し始めた時点(溶存酸素濃度は0.005質量%程度)で外部から酸素を供給することが可能であり、供給した酸素は同様に(2)式により消費されるため、溶存酸素は外部酸素を供給し始めた時点の低い溶存酸素濃度を維持しつつ、最終C濃度に成分調整することができる。このため、減圧下での脱炭処理後の溶存酸素濃度は、0.035〜0.005質量%程度まで低減できる。この状態でAlを添加して脱酸しても、生成するアルミナ介在物量は、通常の大気圧下での脱炭処理のみで溶製したC濃度0.04質量%の低炭素鋼の全酸素濃度0.06質量%に比べて非常に小さい。また、取鍋スラグのFeO、MnO等の低級酸化物濃度も低下しているため、Al脱酸後のスラグによる溶鋼汚染も大きく減少する。

0019

大気圧下でのC濃度を0.05質量%以上0.1質量%以下にした理由は、C濃度を0.1質量%超にすると減圧下での脱炭処理が長くなるため、またC濃度を0.05質量%未満にすると溶存酸素濃度が急激に高くなり、減圧下での脱炭処理で溶存酸素濃度を十分に低下できにくいためである。また、鋼中のC濃度は鋼板の伸びや強度に大きく影響するため、減圧下での脱炭処理後のC濃度は低炭素鋼としての材質が十分に得られる0.01質量%以上0.05質量%未満とするのが望ましい。脱炭処理後のC濃度は鋳片のC濃度と対応している。

0020

減圧下での脱炭処理後の溶鋼は、AlもしくはTiの1種または2種を添加して脱酸することができる。しかし、減圧下での脱炭処理後の溶存酸素濃度が0.035質量%を超えると、AlもしくはTiの1種または2種を添加して生成する介在物量が多くなり、後述するCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上を適正量添加しても、アルミナ介在物やチタニア介在物を改質できず、凝集合体やノズルへの介在物付着を防止することができない。反対に減圧下での脱炭処理後の溶存酸素濃度をできるだけ低くすることは清浄性向上に有効であるが、減圧下であっても溶存酸素濃度を0.005質量%未満に低下させることはコストと処理時間の両面から極めて難しい。したがって、減圧下での脱炭処理後の溶存酸素濃度は0.005〜0.035質量%に制御する必要がある。ここで、減圧下とは大気圧未満の圧力をいう。

0021

本発明においては、上記のように、AlもしくはTiの1種または2種を添加するが、添加後の酸可溶Al濃度を0.05質量%以下、酸可溶Ti濃度を0.1%質量以下とする。その理由は、これらを超える酸可溶Al濃度と酸可溶Ti濃度では、後述するように各々アルミナ介在物とチタニア介在物を、Ce酸化物La酸化物Nd酸化物、Pr酸化物、Ce酸硫化物、La酸硫化物、Nd酸硫化物、Pr酸硫化物、或いはこれらの複合酸化物に改質する反応が進まず、残存した多量のアルミナ介在物とチタニア介在物の凝集・合体により粗大化すると共に、等軸晶核生成サイトが不足し、十分な等軸晶組織が得られないためである。

0022

また、溶鋼成分のばらつきと材質劣化を防止する観点から、溶存酸素をAlまたはTiで十分に脱酸して、アルミナもしくはチタニア(酸化物)として固定する必要があり、そのためには、溶鋼中に溶存Alもしくは溶存Tiを残すことが重要である。従って、脱酸が十分に実施される要件から、AlもしくはTiの1種または2種を添加後の酸可溶(溶存)Al濃度と酸可溶(溶存)Ti濃度の合計は、少なくとも0質量%超であって、好ましくは0.005質量%以上、さらに好ましくは0.01質量%以上である。減圧下での脱炭処理後に溶存酸素濃度を測定し、その測定値から化学量論比にしたがって求めたAl量もしくはTi量よりも過剰なAlもしくはTiを添加することにより、上記好適な酸可溶Alもしくは酸可溶Tiを溶鋼中に残すことができる。また、酸可溶Al濃度、酸可溶Ti濃度とは、酸に溶解したAl量とTi量を測定したもので、溶存Alと溶存Tiは酸に溶解し、アルミナやチタニアは酸に溶解しないことを利用した分析方法である。ここで、酸とは、例えば塩酸1、硝酸1、水2の割合で混合した混酸である。

0023

本発明においては、AlやTiを添加して脱酸した後の溶鋼は、3分以上の攪拌時間を設けることが好ましい。これは、減圧下での脱炭処理により溶鋼の清浄性を向上できているが、さらに攪拌時間を取ることで効率的に介在物を除去でき、清浄性を一段と高めることができるためである。

0024

また、大気圧下での溶鋼の脱炭処理としては、転炉や電気炉などの製鋼炉が、続いて行う減圧下での脱炭処理としては真空脱ガス装置や減圧精錬装置等が、通常使用される。

0025

次に、上記方法で清浄性を高めた低炭素溶鋼中の介在物を、[2]ノズル詰まりと介在物粗大化が起こりにくい組成の介在物に改質する方法について述べる。減圧下での脱炭処理により高清浄化した溶鋼であっても、アルミナ介在物やチタニア介在物は非常に凝集合体し易いため、それ以降の取鍋やタンディッシュ内で介在物の凝集合体は徐々に進行し、また双ロール式連続鋳造法における浸漬ノズルの複雑な構造にも起因してノズル内壁、吐出孔やフィルターに介在物が付着し、ノズル閉塞を発生させる可能性がある。また、双ロール式連続鋳造方法は、非常に単時間で凝固を完了する急冷凝固プロセスであることが最大の特徴である。溶鋼中での凝集合体を防止して双ロール式連続鋳造機内に溶鋼を注入できれば、その特徴である急冷効果により通常のスラブ連続鋳造法に比べて介在物をより均一微細に分散させることも可能であり、加工時の割れ発生を最も効果的に防止できる。

0026

そこで、本発明者らは、比較的清浄性の高い溶鋼中でアルミナ介在物やチタニア介在物を改質して、凝集合体やノズルへの介在物付着を抑制する添加元素を検討し、AlやTiに比べて強脱酸元素であるCe、La、NdもしくはPrが効果的な凝集・付着防止元素になることを見いだした。比較的清浄性を高めた溶鋼中に強脱酸元素のCe、La、NdもしくはPrを添加すると、溶鋼中のアルミナ介在物やチタニア介在物の一部または全体が還元され、少なくとも介在物表層にCe酸化物、La酸化物、Nd酸化物、Pr酸化物、Ce酸硫化物、La酸硫化物、Nd酸硫化物、Pr酸硫化物、或いはこれらの複合酸化物が生成する。この介在物組成は低炭素溶鋼との界面エネルギーを大きく低下させるため、介在物のノズルやフィルター耐火物への付着と介在物同士の凝集合体を同時に抑制する。ここで、介在物制御に適切なCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計添加量は、0.0003〜0.03質量%である。これは、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計添加量が0.0003質量%未満では、特にチタニア介在物よりも安定なアルミナ介在物で表層部をCe酸化物、La酸化物、Nd酸化物、Pr酸化物、Ce酸硫化物、La酸硫化物、Nd酸硫化物、Pr酸硫化物、或いはこれらの複合酸化物に改質できないためである。反対にCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計添加量が0.03質量%を超えると少なくとも介在物表層がCe酸化物、La酸化物、Nd酸化物、Pr酸化物、Ce酸硫化物、La酸硫化物、Nd酸硫化物、Pr酸硫化物、或いはこれらの複合酸化物に改質されていても、強脱酸元素であるCe、La、NdもしくはPrが溶存酸素を更に低下させ介在物と溶鋼との界面エネルギーを上昇させ粗大化とノズル付着を進行させてしまうためである。ここで、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計添加量が0.03質量%以下であれば酸化物界面には0.001質量%強の吸着酸素が残存しているが、これら強脱酸元素の合計添加量が0.03質量%を超えると酸化物界面の吸着酸素までが還元除去され、界面エネルギーを大きく上昇させるものと考えられる。なお、Ce、La、Nd及びPrは互いに近似した特性を有しているため、本発明に係る効果に関してはCe、La、Nd及びPrの合計添加量で決定することができる。

0027

さらに、[3]加工時に異方性が発現しにくい凝固組織制御の方法について述べる。前述したように、双ロール式連続鋳造法で製造した薄鋼板で異方性が生じるのは、低炭素溶鋼を急冷凝固させることにより発達した柱状晶組織に起因することを知見している。本発明者らは、この異方性の発現機構に基づけば、低炭素鋼の凝固組織を等軸晶化することが異方性の低減に有効であることから、低炭素溶鋼中にCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上を添加して少なくともアルミナ介在物やチタニア介在物の表層部をCe酸化物、La酸化物、Nd酸化物、Pr酸化物、Ce酸硫化物、La酸硫化物、Nd酸硫化物、Pr酸硫化物、或いはこれらの複合酸化物に改質し、それらの介在物を等軸晶生成の核として活用することにより双ロール式連続鋳造法で凝固組織を等軸晶化する方法を新たに考案した。本発明によれば、介在物をCe酸化物、La酸化物、Nd酸化物、Pr酸化物、Ce酸硫化物、La酸硫化物、Nd酸硫化物、Pr酸硫化物、或いはこれらの複合酸化物に改質し、溶鋼と介在物間の界面エネルギーを低下させることができるため、Ce、La、NdもしくはPrの添加は、[2]介在物の粗大化・ノズル付着防止と[3]凝固組織の等軸晶化の両方に有効に作用し、双ロール式連続鋳造法を用いた低炭素鋼薄鋼板の製造において極めて効果的な制御手段となる。

0028

上記本方法の制御条件は、C:0.03質量%、Si:0.02質量%、Mn:0.4質量%、P:0.01質量%、S:0.005質量%、酸可溶Al:0.035質量%、N:0.006質量%、Ce+La+Nd+Pr:0〜0.023質量%の低炭素鋼薄鋼板を双ロール式連続鋳造機を用いて製造し、その鋼板を深絞り加工することにより鋳造組織とイヤリング高さとの関係を評価して求めた。なお、Ce、La、NdもしくはPrの添加には、45質量%Ce−35質量%La−10質量%Nd−10質量%Pr合金を用いた。

0029

Ce+La+Nd+Prを0.0003質量%以上添加することにより、薄肉鋳片の等軸晶率(等軸晶厚み/板厚×100(%))は10%以上となり、イヤリング高さ(缶円周方向の最大高さ(山部)と最小高さ(谷部)の差(mm))はCe+La+Nd+Prを含有せず、それ以外の成分が上記と同成分である通常の連続鋳造材(イヤリング高さで1.5mm程度)のそれと同等以下に低減した。さらに、Ce+La+Nd+Pr濃度0.002質量%、等軸晶率25%でイヤリング高さは0.8mm程度まで低減でき、通常の連続鋳造材よりも良好となったが、等軸晶化の効果はそこで飽和した。

0030

等軸晶率の増加と共にイヤリング高さが低下するのは、冷間圧延による変形が伝わり難く、凝固組織の異方性が残留し易い板厚中央部にCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の添加により等軸晶組織が形成されるためであり、さらに等軸晶化によるイヤリング高さ低減の効果が飽和するのは、25%の等軸晶率で凝固組織起因の異方性が全て解消したためだと考えられる。したがって、異方性改善にはCe+La+Nd+Prを0.0003質量%以上、好ましくは0.002質量%以上に制御することが有効である。

0031

一方、前述したようにCe+La+Nd+Prを、0.03質量%を超えて添加すると、Ce酸化物、La酸化物、Nd酸化物、Pr酸化物、Ce酸硫化物、La酸硫化物、Nd酸硫化物、Pr酸硫化物、或いはこれらの複合酸化物に改質しても凝集合体により粗大化することから、等軸晶の核生成サイトも不足し、異方性は改善されない。よって、Ce+La+Nd+Pr濃度は0.03質量%以下にする必要がある。

0032

上記[1]、[2]および[3]の方法を組み合わせることにより、高清浄性を確保した上で、ノズル詰まりと介在物粗大化が起こり難い介在物組成と異方性が発現し難い凝固組織に制御した薄肉鋳片を、双ロール式連続鋳造法を用いて鋳造することができる。尚、本発明において、薄肉鋳片とは、厚み5mm以下の鋳片をいうものとする。

0033

本発明により得られた薄肉鋳片内の大型介在物存在状態を評価したところ、30μmを超える大きな酸化物は5個/cm2未満しか存在せず、酸化物は微細化されていた。ここで、介在物の分散状態は、鋳片の研磨面(C断面)を100倍の光学顕微鏡で観察し、単位面積内の介在物粒径分布を評価した。この介在物の粒径は、長径短径を測定し、(長径×短径)0.5として求めた相当直径とした。さらに、本発明の薄肉鋳片の清浄性を全酸素濃度で評価したところ、0.002質量%以下であり非常に良好であった。ここで、全酸素濃度とは、鋳片に含まれる酸素(酸化物の酸素や溶存酸素をすべて含む)の総和であり、通常のガス分析装置により分析できる。また、本発明の薄肉鋳片においても、材質劣化防止の観点から溶鋼と同様に、酸可溶Al濃度と酸可溶Ti濃度の合計が、少なくとも0質量%超であって、好ましくは0.005質量%以上、さらに好ましくは0.01質量%以上である。本発明の鋳片は、等軸晶率10%以上で鋳片中央部の凝固組織は等軸晶化されている。このように鋳片の清浄性を高め、鋳片内の介在物を微細な酸化物として分散させると共に、鋳片中央部の凝固組織を等軸晶化することにより、加工時における鋼板の割れ発生と異方性を抑制できるため、加工性と成形性に優れた薄鋼板素材となる薄肉鋳片を提供できる。

0034

本発明により鋳造した薄肉鋳片は、通常の冷間圧延、再結晶温度以上での連続焼鈍を行い、引き続き調質圧延を施すことにより鋼板を製造できる。

0035

最後に、本発明の薄肉鋳片の化学成分のうち、既に述べたC、酸可溶Al、酸可溶Ti、Ce、La、Nd、Pr以外の化学成分の作用について言及する。

0036

Siは、0.005質量%以上0.03質量%以下であることが好ましい。Si濃度は0.005質量%未満では板の強度が不足するため、またSi濃度が0.03質量%超では板の加工性が低下するためである。

0037

MnはC、Siとともに鋼板の強度向上に有効な元素であり、必要な場合には0.1質量%以上は含有させることが好ましいが、0.6質量%を超えて含有させると粗大なMnSが生成し延性を低下させる可能性があるため0.6質量%以下にすることが好ましい。

0038

Pは材質を脆くし、過度に含有すると結晶粒界偏析して深絞り加工割れの原因となるため、実用上支障のないことが明確な0.02質量%以下にすることが好ましい。Pがなくても本発明を損なうことはないため、下限値は定めない。

0039

Sは、粗大なMnSを生成して延性や成形性を劣化させるため、0.01質量%以下にすることが好ましい。Sを含有しなくても本発明を損なうことはないため、下限値は特に定めない。

0040

Nは添加し過ぎると、微量なAlであっても粗大な析出物を生成し、加工性を劣化させるので、0.01質量%以下とすることが好ましい。一方、0.0005質量%未満とするにはコストがかかるので、0.0005質量%以上にすることが好ましい。

0041

本発明の主要な添加元素の効果を述べたが、それ以外にNb、V、Mo、Niなどの元素も、Nb≦0.05質量%、V≦0.03質量%、Mo≦0.03質量%、Ni≦0.05質量%以下の範囲であれば、加工性を劣化させないので添加可能である。この範囲内での各元素の添加により、Nbによって深絞り性が向上し、VとMoによって強度が向上し、Niによって耐食性が向上する。また、スクラップの利用による微量のCu、NiおよびCr等の不可避的不純物としての混入は、本発明を損なうものではない。

0042

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明する。表1、表2において、本発明から外れ数値アンダーラインを付している。

0043

0044

0045

表1、表2の試験番号1〜12については、転炉での脱炭処理によりC濃度を0.055質量%まで低下させ、続いて真空脱ガス装置により表1のC濃度まで脱炭処理し溶鋼にAlまたはTiを添加して脱酸し、表2に示す脱酸後攪拌時間で攪拌を実施した後、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上を添加して表1成分の溶鋼100tを溶製した(試験番号1−12)。試験番号13と14の実験では、転炉のみで表1のC濃度まで脱炭処理した溶鋼にAlを添加して脱酸し、続いてCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上を添加して最終表1の成分の溶鋼を溶製した。これらの溶鋼を、図1に示すような双ロール式連続鋳造法を用いて、厚み2.5mm、幅1200mmの薄肉鋳片に鋳造した。

0046

脱酸前溶存酸素濃度については固体電解質酸素センサーを用いて評価を行い、結果を表2に示した。試験番号1〜12は真空脱ガス処理中の脱酸前の段階で評価を行い、試験番号13、14は転炉での脱炭処理を終了し、取鍋に出鋼した段階で評価を行った。また、全酸素濃度は鋳片において評価を行った。

0047

30μm超の酸化物個数密度については、鋳片の研磨面(C断面)を100倍の光学顕微鏡で観察して評価して表2に示した。この介在物の粒径は、長径と短径を測定し、(長径×短径)0.5として求めた相当直径とした。

0048

鋳片の等軸晶率は、鋳片C断面でピクリン酸エッチにより凝固組織を顕出し、鋳片厚みに対する等軸晶領域の厚みの比として評価した。

0049

連続鋳造時におけるノズルへの介在物付着状況は、ノズル開度がほぼ一定であれば「なし」、ノズル開度が徐々に増加傾向であれば「あり」、鋳造末期に溶鋼が出ない状態であれば「閉塞」とし、表2に示した。

0050

製造した薄肉鋳片について冷間圧延を行い、焼鈍温度700℃で連続焼鈍を行い、さらに調質圧延を行って、板厚0.16mmの冷延鋼板とした。なお、再結晶温度は650 ℃未満であるので、焼鈍温度700℃であれば確実に再結晶温度以上で連続焼鈍できている。

0051

実製缶機より割れ発生が1000倍程度高い難製缶条件とした2ピース缶用の製缶試験機で製缶を行った。製缶時の割れ発生率はこの製缶試験機で製缶した個数に対する割れ発生缶個数の比率を、更に1/1000倍して求めた値として評価し、またイヤリング高さを缶円周方向の最大高さ(山部)と最小高さ(谷部)の差(mm)とし評価し、結果を表2に示した。

0052

本発明の実施例である試験番号1−7では、浸漬ノズルへの介在物付着はなく鋳造は安定しており、薄肉鋳片の高清浄化と介在物の微細化も両立されていたため、製缶時の割れ発生率は1ppm以下であった。また、薄肉鋳片の板厚中央部における凝固組織も等軸晶化され、その異方性を消失させることができたため、深絞り加工時のイヤリングは通常の連続鋳造材の1.5mmよりも低下させることが可能となった。

0053

一方、比較例の試験番号8、9ではCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上の合計濃度が適正でなく、試験番号10、11では酸可溶Alや酸可溶Ti濃度が適正でないため、何れもノズル付着や介在物粗大化が生じ、加工時に割れが発生した。また、凝固組織も等軸晶化できなかったため、イヤリングが発生した。比較例の試験番号12では、C濃度を0.01質量%以下に低下させるため、酸素を補う必要があり、真空脱ガス装置において酸素吹き込みを実施し、脱酸前溶存酸素濃度を0.035質量%超に増大させてしまったため、介在物量が増加すると共に、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上を添加しても介在物の凝集やノズル付着を抑制できず、浸漬ノズルは鋳造末期に完全に閉塞し、深絞り加工時に割れも多発した。勿論、凝固組織の異方性も解消できず、大きなイヤリングを発生させた。

実施例

0054

さらに、比較例の試験番号13と14の実験では、転炉のみで表1のC濃度まで脱炭処理した溶鋼にAlを添加して脱酸し、続いてCe、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上を添加して最終表1の成分の溶鋼を溶製したため、脱酸前溶存酸素濃度が0.035質量%超で過剰となり、介在物量が増加すると共に、Ce、La、NdもしくはPrの内、少なくとも1種以上を添加しても介在物の凝集やノズル付着を抑制できず、浸漬ノズルは鋳造末期に完全に閉塞し、深絞り加工時に割れも多発した。板厚中央部の凝固組織の等軸晶化もできなかったため、大きなイヤリングが発生した。

0055

1.冷却ロール
2.湯溜まり部
3.溶鋼
4.ノズル
5.タンディッシュ
6.薄肉鋳片
7.整流多孔ノズルまたはフィルター

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