JP6825507B2 - 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 - Google Patents

Description

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。

省工程・省エネルギーの観点から、最終品に近い薄板を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・シェイプ連続鋳造で有力なものとして、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や内部欠陥のない薄肉鋳片を安定的に鋳造するためには、湯溜まり内の溶鋼流動を整流化し、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を内装させ、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脱酸溶鋼の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の低融点介在物に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。

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

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。

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。さらに言えば、本発明者らは、後述のように加工時に異方性を低減する凝固組織制御の方法を新たに見出しているが、その制御性は十分でなく全長に渡って安定的にイヤリング発生を防止できるまでには至っておらず、従来知見していない変動要因が存在するものと推定される。

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安定的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。

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安定して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の解明と介在物改質方法、加工時の異方性発現機構の解明、その防止対策と効果の安定発揮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。

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、かつ酸可溶Ａｌ濃度と酸可溶Ｔｉ濃度の合計を０％超に成分調整した後、さらにＭｇを０．０００３〜０．０１質量％、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも１種以上の合計を０．０００２〜０．００５質量％添加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）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）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％以下に成分調整すると共に、３分以上攪拌を行った後、Ｍｇを０．０００３〜０．０１質量％、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも１種以上の合計を０．０００２〜０．００５質量％添加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）質量％で、Ｃ：０．０１質量％以上０．０５質量％未満、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、かつ酸可溶Ａｌ濃度と酸可溶Ｔｉ濃度の合計が０質量％超、Ｎ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．０１質量％、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも１種以上の合計：０．０００２〜０．００５質量％、全酸素濃度が０．００２質量％以下であり、残部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）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。

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。

双ロール式連続鋳造装置の概要を示す図。

以下に本発明を詳細に説明する。
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、通常のスラブ用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。

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に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の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。

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とその制御の安定性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。

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）

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、続いて減圧下で脱ガス処理されるため、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）

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、減圧下での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％の場合に比べて非常に低い。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。

大気圧下での脱炭処理後の溶鋼中のＣ濃度を、好ましくは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。

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Ｍｇ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。

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マグネシア、或いはアルミナマグネシアスピネル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、等軸晶の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。

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。

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。

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。

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、非常に短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。

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Ｍｇ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Ｍｇ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マグネシア、またはアルミナマグネシアスピネルが生成する。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、介在物制御に適正なＭｇ添加量は、０．０００３〜０．０１質量％である。これは、Ｍｇの添加量が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マグネシアまたはアルミナマグネシアスピネルに改質できないためである。反対にＭｇの添加量が０．０１質量％を超えると介在物表層がマグネシア、アルミナマグネシアスピネルに改質されていても、強脱酸元素であるＭｇ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、Ｍｇの添加量が０．０１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、強脱酸元素のＭｇ添加量が０．０１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。

さらに、［３］加工時に異方性が発現しにくい凝固組織の制御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Ｍｇ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マグネシアまたはアルミナマグネシアスピネルに改質し、それらの介在物を等軸晶核生成サイト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、介在物をマグネシアまたはアルミナマグネシアスピネルに改質し、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、Ｍｇ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。

本発明者らは、加工時の異方性を問題のないレベルまで解消するため、凝固組織の制御条件についても実験による詳細な検討を実施し、等軸晶率（等軸晶厚み／板厚×１００（％））を１０％以上確保する必要があることを明らかにした。これは、薄肉鋳片の等軸晶率が１０％以上になると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を安定的に等軸晶化できるためである。なお、ノズル詰まりと介在物粗大化を防止する介在物組成制御と同様に、薄肉鋳片の凝固組織の等軸晶化率を１０％以上確保するためのＭｇの適正添加量は０．０００３〜０．０１質量％である。Ｍｇの添加量が０．０００３質量％未満では等軸晶核生成サイトとなるマグネシアまたはアルミナマグネシアスピネルの量が少なくなることにより、反対に０．０１質量％を超えるとマグネシアまたはアルミナマグネシアスピネルが粗大化することにより、何れも凝固組織の等軸晶化率は１０％未満となり異方性が発現してしまうためである。

双ロール式連続鋳造では、通常の連続鋳造に比較して取鍋やタンディッシュの容量が小さいため溶鋼温度が低下しやすく、安定鋳造のために鍋溶鋼温度は高めに調整される。特に、取鍋溶鋼の注入初期には双ロール式連続鋳造機に注入される溶鋼の過熱度（溶鋼温度と液相線温度との差）は非常に高く、等軸晶核生成サイトとなるマグネシアまたはアルミナマグネシアスピネルが十分存在しても、等軸晶核が生成しにくい条件となる。さらに、取鍋内溶鋼をタンディッシュに注入し始める鋳造初期や連々鋳の継ぎ目部では、タンディッシュ内の溶鋼高さが低く、取鍋からの注入流はロングノズルに覆われることなく落下流となるため、空気やスラグの巻き込みに起因して溶鋼再酸化が生じ、タンディッシュ内の溶鋼中に新たなアルミナ介在物やチタニア介在物を生成する。タンディッシュ内のＡｒシールをおこなう等、溶鋼再酸化対策を実施していればノズル詰まりや鋼板加工時の割れ発生の原因となる比較的大きな介在物への影響はない。しかしながら、完全に溶鋼の再酸化を防止するのは難しく、新たに生成した比較的小さく、且つ等軸晶核生成能の低いアルミナ系介在物やチタニア系介在物が等軸晶核生成サイトとなるマグネシアまたはアルミナマグネシアスピネルの表面に付着するため、等軸晶化能は大きく低下する。このように、鋳造初期や連々鋳継ぎ目部では、溶鋼過熱度の増大と溶鋼再酸化が同時に起こり、所定のＭｇ量を添加しても殆ど等軸晶化しないことを本発明者らは知見している。

本発明者らはまた、微量のＳｅおよびＴｅを溶鋼中に添加し、固液界面エネルギーを低下させ、柱状晶自体を微細・脆弱化させれば、双ロール内の湯溜まり部で等軸晶核が新たに生成し、溶鋼過熱度の上昇や溶鋼再酸化に起因する等軸晶核生成能の低下を補償できることを見出した。ＳｅおよびＴｅの添加により等軸晶核が増殖する理由は、固液界面エネルギーの低下により冷却ロール側から溶鋼側に成長する柱状晶が微細・脆弱化され、この柱状晶が冷却ロールの回転に伴う圧縮力と溶鋼流の剪断力により分断され新たな等軸晶核となるためである。

そこで本発明において、前述のとおりに溶鋼中にＭｇを添加するとともに、ＳｅとＴｅの一方又は両方を添加して、双ロール連続鋳造を行った。その結果、鋳造安定部のみならず、鋳造初期や連々鋳の継ぎ目部においても、鋳片に等軸晶が生成することが明らかになった。ここで、柱状晶微細化の効果は、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも１種以上を合計で０．０００２質量％以上添加すれば十分であるが、０．００５質量％を超えて添加すると鋼板が脆弱化し、鋳造後のリコイル時や冷間圧延時に端部に割れが発生する。このため、溶鋼中にはＳｅおよびＴｅの内から１種以上を合計で０．０００２〜０．００５質量％になるように添加すればよい。

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安定的に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。

本発明により得られた薄肉鋳片内の大型介在物の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、鋳片または鋼板の研磨面（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。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。

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。

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、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ以外の化学成分の作用について言及する。

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。

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。Ｍｎ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。

Ｐは材質を脆くし、過度に含有すると結晶粒界に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。

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。

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。

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％以下、Ｖ：０．０３質量％以下、Ｍｏ：０．０３質量％以下、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。

以下の表１、表２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、本発明から外れる数値・項目にアンダーラインを付している。

表１、表２の試験番号１〜１３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た溶鋼にＡｌまたはＴｉを添加して脱酸し、必要に応じて攪拌を実施した後、Ｍｇと、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも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Ｍｇと、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも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を用いて、厚み２．５ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄肉鋳片に鋳造した。

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し、結果を表２に示した。試験番号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した。また、全酸素濃度は鋳片において評価を実施した。

双ロール鋳造時の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」、鋳造末期に溶鋼がでない状態であれば「閉塞」として、表２に記載した。

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表２に示した。介在物の粒径は、長径と短径を測定し、(長径×短径)^0.5として求めた円相当直径である。

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厚みの比とした。

製造した薄肉鋳片を冷間圧延した後、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。

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した。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、さらに１／１０００倍して求めた値として評価した。また、イヤリング高さは、缶円周方向の最大高さ（山部）と最小高さ（谷部）の差（ｍｍ）として評価し、結果を表２に示した。

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、薄肉鋳片の全長に渡って高清浄化と介在物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鋳片全長に渡って等軸晶率１０％以上が確保され、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と同等あるいはさらに低下させることが可能となった。

一方、比較例の試験番号８、９ではＭｇ濃度が適正でなく、試験番号１１、１２ではＡｌや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１０では、Ｍｇは適正に添加しているが、ＳｅとＴｅの何れも添加しなかったため、浸漬ノズルへの介在物付着と介在物粗大化は抑制され製缶時の割れ発生率も１ｐｐｍ以下であったが、鋳造温度が高く溶鋼再酸化の影響を受ける鋳造初期では十分な等軸晶率が得られずイヤリングが問題となった。比較例の試験番号１３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、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、Ｍｇ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。

さらに、比較例の試験番号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Ｍｇを添加して最終表１の成分の溶鋼を溶製したため、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、Ｍｇ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。

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

Claims (7)

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、かつ酸可溶Ａｌ濃度と酸可溶Ｔｉ濃度の合計を０％超に成分調整した後、さらにＭｇを０．０００３〜０．０１質量％、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも１種以上の合計を０．０００２〜０．００５質量％添加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請求項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。
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％以下に成分調整すると共に、３分以上攪拌を行った後、Ｍｇを０．０００３〜０．０１質量％、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも１種以上の合計を０．０００２〜０．００５質量％添加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。
5. 質量％で、Ｃ：０．０１質量％以上０．０５質量％未満、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、かつ酸可溶Ａｌ濃度と酸可溶Ｔｉ濃度の合計が０質量％超、Ｎ：０．０００５〜０．０１質量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．０１質量％、ＳｅもしくはＴｅの少なくとも１種以上の合計：０．０００２〜０．００５質量％、全酸素濃度が０．００２質量％以下であり、残部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請求項５に記載の低炭素鋼薄肉鋳片。
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。

Images