JPS5928424B2 - 含Ｎｂ，Ｖ鋼鋳片の表面割れを軽減する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機械構造用高張力鋼素材あるいは石油輸送用パ
イプ素材として用いられるＮｂあるいはＶの何れか１種
または両者を含有する鋼（以下台Ｎｂ、Ｖ鋼という）の
連続鋳造において鋳片表面割れ（大部分は表面から１０
ｒＩｒｒＩＬ以内に生ずる）の発生を軽減する方法に関
するものである。

従来公知の連続鋳造により製造されるスラブ、ビレツト
、プルーム等の鋳片におい℃はしばしば表面欠陥が生じ
問題となっている。

とりわけ、含Ｎｂ、Ｖ鋼の如（炭・窒化物（以下Ｎｂ（
ＣＮ）、Ｖ（ＣＮ）と略記）の析出する鋼では鋳片表面
割れが多発し、工業規模の生産を阻害していた。

従来、これらの表面割れ対策としては溶鋼の鋳込み温度
の低温化、電磁攪拌による鋳造組織の微細化、モールド
内パウダーの改良、鋳造速度の低減、さらには二次冷却
帯における冷却水量の管理等が行なわれている。

しかしながら、これらのいずれの対策も抜本的な対応策
とはなっていない。

従って本発明で対象とするような含Ｎｂ、Ｖ鋼において
は依然として表面割れが発生する。

而して一旦発生した鋳片表面欠陥は温間ないしは冷間で
、溶剤あるいは機械的研削等によって部分手入れするか
、あるいは場合によっては全面手入れを行なった後、後
工程に搬送しているが、このような作業を行なうには多
くの人手と労力を要するのみならず、製品歩留りの低下
を来たし、その結果製造コストの増加を招（ことにもな
る。

また表面欠陥が極めて深（、且つ広範囲にわたるときに
は、全量スクラップ化される場合も生ずる。

本発明者等はこのような鋳片の表面割れについて長年に
わたる研究を進めた結果、以下のことを明らかにした。

すなわち、含Ｎｂ、Ｖ鋼の連鋳材で観察される表面割れ
の多（は溶鋼静圧ならびに２次冷却帯域におけるロール
間バルジング、および矯正域での曲げ矯正歪応力（彎曲
型ないしは垂直曲げ連鋳機の場合うによるものである。

さらに冶金学的に考察すれば鋳片表層部温度がＡｒ３変
態温度＋１５０℃（ここにＡｒ３温度は冷却時のオース
テナイト→初析フェライト変態開始温度をさす）からＡ
ｒ３変態温度−１５０℃の温度域においてオーステナイ
ト粒界に析出したＮｂ（ＣＮ）。

ＢＮ、Ｖ（ＣＮ）等の析出物を核としてオーステナイト
粒界に沿って析出したフィルム状初析フェライト領域に
ある限界値を越えた引張応力が負荷された場合にボイド
の核生成が生じ、それらのボイドが凝集一連結して最終
的な割れになる。

本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、凝
固に引き銃（冷却過程において、鋳片表層部（表面から
１ＯｒｆｒｒｒＬ以内）の温度が１１００−９００℃の
範囲で鋳片表層部に５・〜１５％範囲の塑性歪を加える
ことによりオーステナイト粒度をＡ Ｓ Ｔ Ｍｌ’；
ｙ、 ３ （約０．１Ｍ直径以下）以上に微細化し、さ
らにはＮｂ（ＣＮ）等の粒界析出を抑制することにより
オーステナイト粒界へのフィルム状初析フェライトの生
成を防止する。

かくして鋳片表面割れを著しく軽減できるに至った。

本発明の対象を特に含Ｎｂ、Ｖ鋼に限定した理由を述べ
る。

含Ｎｂ、Ｖ鋼の既存の連鋳機による連続鋳造により製造
される鋳片の表層部（り１０ｒＭＬ）の鋳造材のオース
テナイト粒径は非常に太き（、大きいものは１〜５ｒＩ
ｒｒｎ直径（ＡＳＴＭＡ、 ２以下）もある。

従って、鋳片表層部が冷却する過程で、１０００−７０
０℃温度域において、この粗大なオーステナイト粒の粒
界にＮｂ（ＣＮ）ないしはＶ（ＣＮ）の析出が生じ、こ
れらの析出物を核としてフィルム状の初析フェライトが
生成し、鋳片表向割れ感受性を著しく高めているからで
ある。

次に本発明における加工条件、すなわち鋳片表層部が１
１００〜９００℃の温度域にある間に鋳片に５〜１５％
の範囲の塑性歪が負荷されるような処理を少くとも一回
以上加える点について説明する。

数多（の報告にみられるようにラインパイプ用素材ない
し機械構造用鋼として用いられるＳｉ −Ｍｎ鋼をベー
スとした含Ｎｂ；Ｖ鋼におけるＮｂ（ＣＮ）、ｖ（ＣＮ
）の析出温度域は１１００〜７００℃（ＡＣ３＋１５０
℃〜Ａｒ３ １５０℃：ここにＡＣ３は昇温時のα→γ
変態点）の範囲にある。

従って、本発明においては、鋳片の表層部（く１０ ｒ
ｒｍ ）の温度が１１００〜９００℃の範囲にある間に
鋳片に５〜１５チの範囲の塑性歪が負荷されるような処
理を少くとも一回以上加えることによってオーステナイ
ト粒の再結晶細粒化を施すと同時に、導入された転位の
不ントワークないしそれらで構成される小傾角粒界面上
にＮｂ（ＣＮ）。

ｖ（ｃＮ）を析出させ、その結果とし℃割れの発生場所
となる大傾角のオーステナイト粒界へのＮｂ（ＣＮ）な
どの析出を抑制し、割れの伝播経路となるフィルム状初
析フェライトの生成を抑制しようとするものである。

後述する実施例１（第２図、第２表参照）に示すように
、試料を溶融し試料表面が５０℃／ｓｅｅ以下の冷却速
度で冷却途中７００〜９００℃温度域で引張変形した際
には、延性が著しく低下する。

これは通常の連続鋳造において、鋳片表層部温度が７０
０−９００℃になった際に溶鋼静圧とかロール間バルジ
ング曲げ矯正等により引張歪が加わった際に生ずる表面
割れの実態を忠実に再現しているものである。

さらに、７００〜９００℃域に生ずる脆化の原因はオー
ステナイト粒が粗大なこと、そのオーステナイト粒界に
すでにＮｂ（ＣＮ）等の析出が生じでいること、７００
〜９００℃範囲でこれらのオーステナイト粒界からフィ
ルム状初析フェライトが生成しており、これらの状態の
ところに引張応力が負荷されると、粒界割れが生じてし
まうためである。

しかしながら、本発明のごとく、１１００・〜９００℃
温度域において５〜１５％の範囲の塑性歪が加えられる
ような処理を１回以上加えると粒界割れは生じに（（な
り表面割れも著しく軽減される。

ここで述べる塑性歪の物理的意味は下記の如（である。

外部応力負荷により導入される転位は１１００℃以上の
高温では転位の上昇運動等によって消滅してしまうが、
１１００〜９００℃間の温度域では導入された転位によ
りオーステナイト粒の再結晶が生じ、粒度の微細化につ
ながる。

他方一部の転位は粒内にあって、Ｎｂ（ＣＮ）等の析出
核トして作用し、粒界析出を抑制する効果をもつ。

１１００〜９００℃の範囲において５〜１５％の塑性歪
で導入される転位密度は３×ｌＯ〜５×１０１０個／ｃ
ｓｔ程度と考えられる。

これらの範囲の転位を導入すると前述の効果が得られる
ことになる。

一回の塑性歪量が５多以下の場合には加ニー再結晶によ
る結晶粒の微細化効果が期待できない。

一方、１５係を越える塑性歪を加えた場合には、結晶粒
界に応力が集中しヱしまい、粒界割れを助長する危険性
もあり、かえつ℃鋳片の表面割れをひき起す結果となる
。

従って、本発明においては一回の塑性歪量を５−１５係
に限定した。

また塑性歪を繰返して複数回行う場合には一回の塑性歪
により導入された転位が回復し、再結晶した後天の加工
を行なう方がよい。

すなわち、加工を連続的に行なうと加工歪が集積して鋳
片表面割れ感受性を高めてしまう結果となるからである
。

本発明において鋳片に塑性歪を加える手段としては■鋳
片をガイドロール間を通過させる間にロールにより直接
的な応力負荷を加える方法、■硬ヵ１質微粒子を鋳片に
衝突させ、衝撃的な負荷を加える方法（所謂ジョンドプ
ラスト法等）、■レーザーパルスを鋳片表面に加える方
法等があり、実施例に示すようにいずれも有効である。

また超音波による衝撃波の負荷も接触子の開発がなされ
れば適用可能となろう。

次に比較例および実施例により本発明の内容を具体的に
述べる。

比較例 鋳片厚み２５０ｒｒａｎのスラブ（巾２２００ｍ）を彎
曲型連鋳機を用い、鋳造速度１ｍ／ｒＭＬ、注水比１、
ａ／Ｋｇで鋳造した際の凝固シェル厚み、および鋳片表
面温度の推移（計算値）を第１図に示す。

このような条件下で、第１表に示すような成分を有する
含Ｎｂ鋼Ａ、Ｂを鋳造した場合第６図に示す如（表面割
れが多発する。

実施例 ｌ 連続鋳造時の表面割れ感受性の評価を実験室規模で行な
った結果を示す。

すなわち、横型引張試験機を用い、通電加熱により１０
Ｉｒｒ１ｎＯの丸棒を溶融し、凝固途中ないしは凝固後
の任意の温度で圧縮ないしは引張変形を行なう。

試料温度と応力負荷は予めセントしたプログラムにより
実機における連鋳スラブの表面冷却条件等に合わせるこ
とが出来る。

このような実験手法を用い、溶融−凝固−それに引き続
く冷却過程で単純に引張変形を行なった場合と所定の温
度で加ニー再結晶等を（り返した後、引張変形を行なっ
た場合を比較した（第２図）。

実験にはＣ０，１５％、Ｓｉ ０．２％、 Ｍｎ １．
５％、Ｎｂ０．０３係、Ｖｏ、０４係、ＮＯ，００７０
係、Ａ／１，０．０３％の成分を含有する連鋳片を用い
た代表的な結果を第２表に示す。

第２表に示されるように、１１００〜９００℃温度域に
おいて５〜１５係の範囲の圧下を加えることにより、オ
ーステナイト粒度は微細化し、８００℃引張変形におけ
る断面収縮率は著しく改善される。

なお、連続的に圧下を加えた場合には、圧下時に割れて
しまいデータは得られなかった。

実施例 ２ 第１表に示す含Ｎｂ＠但圧０．１７％Ｃ，０，３６％Ｓ
ｉ 、１．４５％Ｍｎ、０．０１６％Ｐ、０．００３係
Ｓ、０．０３５係Ａｔ、０．０３係Ｎｂ％０．０４係Ｖ
、０．００２５チＮ〕を用い、第３図に示すような連続
鋳造装置により鋳造した。

第３図において、１は溶鋼、２はモールド、３は溶鋼が
凝固したシェル、４，４′〜５，５′はロール群、６，
６′は水冷ノズルである。

このような装置で鋳造するに際し、ロール４，４′〜５
，５′を用い５チづつ圧下を施した。

この場合、鋳片表層部≦５ｒＩｒＪｒｔの温度は１１０
０１０００℃範囲になるように鋳造速度と冷却水量を制
御した。

その結果は第６図に示すとおりで鋳片表面疵の発生が著
しく抑制され、無欠陥鋳片に近いものが得られた。

実施例 ３ 第４図に示すような鋳造装置を用い、実施例２と同様の
成分の溶鋼１を１ ｍ／ＦＩＲで鋳造するに際して、モ
ールド出口直下から約１．５ｍの位置（鋳片サイズ２５
０ｒｒｒｍ厚、鋳片表面温度１１００−１０００℃）で
ショツトブラスト装置７，１′を用いて０．１−１．
Ｏｒｒａｎ直径の鉄粉を鋳片表面に衝撃的に負荷した。

この際ショツトブラスト装置の能力は１ＯＨ）で約５０
に７のショットを６０〜７０ｍ／ｓｅｅで鋳片表面に投
射した。

その結果、鋳片表層部において５・−１５チの塑性歪に
対応する転位が導入され、鋳片表層部において加ニー再
結晶が繰返し生じ結晶粒も微細化し、かつショットを負
荷した領域は負荷なしの領域に比べ表面疵発生率は約５
０係低減した。

その結果を第６図に示す。なお第４図において４，４′
〜５，５′はガイドロール、６，６′は水冷ノズルであ
る。

実施例 ４ 第５図に示すような鋳造装置を用い、実施例２と同様の
成分の溶鋼１を１ｍ／ｒｒａｎで鋳造するに際してモー
ルド出口直下から約１．５ｍの位置（鋳片サイズ２５０
＃厚、鋳片表面温度１１００−１０００℃）ＫＩＭＷ’
−ＩＧＷ／ｃｒＡの範囲の出力、１〜１０回／分の発振
周期、パルス長（時定数）２０ｎｓｅ ｃ のパルスレ
ーザ−装置８，８′を設置し、鋳片表面温度が１１００
〜９５０℃の温度状態で１ＭＷ／ｃｒＡの出力で３回／
分の発振周期、パルス長２０ ｎ５ｅｃのパルスレーザ
−を鋳片の全面に走査照射した。

この場合鋳片表面にはｌＫ４／ｒｎｊｔ程度の圧力が負
荷されることになるが、これを塑性歪に換算すると約７
％の歪が負荷されることになり、その結果鋳片表層部は
再結晶を繰り返し粒度は微細化する。

そこでこれをレーザーを負荷しない領域と比較すると表
面疵は約４０係低減し、表面疵の深さも５桐以下になっ
ており極めて良好な結果となった。

結果を第６図に示す。なお、レーザーのパルス長を２０
０ ｎ５ｅｃ にすると鋳片表面層は一部溶融する。

従ってすでにモールド内部で発生した表面疵の補修も可
能である。

またレーザー装置は必ずしも鋳片表面上を走査するに限
る必要はなく、被数個のレーザー装置により鋳片の全面
を照射するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２５０ｍ厚の鋳片を１ ｍ ／ｕｎ、注水比
ＩＡ／Ｋｙで連続鋳造した際の凝固シェル厚み、鋳片表
面温度の推移（計算値）を示す図表、第２図は、実施例
１における溶融−凝固−引張シミュレーションプログラ
ムを示す図でＤは単純引張（比較例）、■は連続冷却中
の加工、■は恒温保持中の加工におけるプログラムを示
す、第３図−第５図は本発明法を実施する装置の実施例
を示す説明図（図中の番号は以下の部位を示す）、第６
図は鋳片表面割れ発生状況を示す図である。 １；溶鋼、２；モールド、３；凝固シェル、４゜４′お
よび５，５’；ロール、６ 、６／ ；水冷ノズル、γ
、γ′；ショットフラスト装置、８．８’：パルスレー
ザ−装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 含Ｎｂ 、Ｖ鋼の連続鋳造において、鋳片表層部温
   度が１１００〜９００℃の範囲で、鋳片表層部に５・〜
   １５チの範囲の塑性歪または実効的に５〜１５チの範囲
   の塑性歪を加えるに等しい処理を少（とも−回収上加え
   ることによりオーステナイト粒度をＡＳＴＭＡ、３以上
   （粒径０．１喘以下）に微細化すると同時にＮｂ（ＣＮ
   ）、Ｖ（ＣＮ）の粒界析出を抑制することにより、オー
   ステナイト粒界からのフィルム状初析フェライトの核生
   成を防止することを特徴とする含Ｎｂ、Ｖ鋼鋳片の表面
   割れを軽減する方法。 ２ 塑性歪を加える手段としてロールによる圧下を加え
   ることを特徴とする特許請求の範囲１記載の方法。 ３ 塑性歪を加える手段として鋳片表面に微粒子を衝突
   させることを特徴とする特許請求の範囲１記載の方法。 ４ 塑性歪を加える手段としてレーザーパルスを鋳片表
   面に加えることを特徴とする特許請求の範囲１記載の方
   法。