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公開番号2025066507
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-23
出願番号2023176166
出願日2023-10-11
発明の名称炭素鋼鋳片、および炭素鋼鋳片の製造方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類C22C 38/00 20060101AFI20250416BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】NbとTiのうち少なくとも1種を含有し、鋳片厚み中心の中心偏析部に生成するNbTi炭窒化物の個数を増やして分散することにより個々の炭窒化物のサイズを低減し、材質特性、特に、耐HIC特性を向上することができる炭素鋼鋳片、および炭素鋼鋳片の製造方法を提供する。
【解決手段】鋳片の厚み中心部において、MgO含有介在物部分を含む介在物を抽出し、当該介在物からNbTi炭窒化物部分とMnS部分を除外したMgO含有介在物部分について、介在物組成が所定範囲にあり、介在物の円相当径が1μm以上であるものが、鋳片の厚み中心部に、10個/mm²以上分布していることを特徴とする炭素鋼鋳片。炭素鋼鋳片を溶製する方法において、Alの全量、または一部を添加した後に、溶鋼にMgを、溶鋼量100トン以上の取鍋内において添加する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
鋼成分が、質量％で、
Ｃ：０．０２％以上０．２０％以下、
Ｓｉ：０．０２％以上０．５０％以下、
Ｍｎ：０．５０％以上２．０％以下、
Ａｌ：０．００３％以上０．０８０％以下、
Ｍｇ：０．０００３％以上０．００５０％以下、
を含有し、
Ｔｉ：０．００１％以上０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．００１％以上０．０７０％以下、
の一方又は両方を含有し、
Ｃａ：０％以上（０％を含む）０．００２０％以下
であり、
残部がＦｅ及び不純物からなり、前記不純物のうちＰ，Ｓ，Ｏ，Ｎを、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００３４％以下、
Ｏ：０．００４０％以下、
Ｎ：０．００７５％以下、
に制限し、
鋳片の厚み中心部において、ＭｇＯ含有介在物部分を含む介在物を抽出し、当該介在物からＮｂＴｉ炭窒化物部分とＭｎＳ部分を除外したＭｇＯ含有介在物部分について、
介在物組成が下記式（１）～式（３）を満たし、
９０≦（ＭｇＯ）＋（Ａｌ
２
Ｏ
３
）＋（ＣａＯ）≦１００・・・（１）
（ＣａＯ）／{（ＭｇＯ）＋（Ａｌ
２
Ｏ
３
）＋（ＣａＯ）}×１００≦２０・・・（２）
２０≦（ＭｇＯ）／｛（ＭｇＯ）＋（Ａｌ
２
Ｏ
３
）｝×１００≦１００・・・（３）
介在物の円相当径が１μｍ以上であるものが、
鋳片の厚み中心部に、１０個／ｍｍ
２
以上分布していること、
を特徴とする炭素鋼鋳片。
式（１）～式（３）において化学式を（）で囲んだ項は、化学式が表す化合物成分が前記ＭｇＯ含有介在物部分の全体に占める割合（質量％）を示す。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
前記Ｆｅの一部に替えて、さらに質量％で、
Ｃｒ：０．０７０％以下、
Ｎｉ：０．２０％以下、
Ｍｏ：０．１５％以下、
Ｖ：０．０５％以下、
Ｃｕ：０．０５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下
の１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の炭素鋼鋳片。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の炭素鋼鋳片の製造方法であって、
前記炭素鋼鋳片を溶製する方法において、
Ａｌの全量、または一部を添加した後に、溶鋼にＭｇを、溶鋼量１００トン以上の取鍋内において添加することを特徴とする炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項４】
前記溶鋼へのＡｌの添加を、Ｍｇの添加前と添加後に分割して行ない、Ａｌの一部を添加して［Ａｌ］≦０．０２質量％とした溶鋼にＭｇの全量を添加し、その後に残りのＡｌを添加することを特徴とする請求項３に記載の炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項５】
前記炭素鋼鋳片がＴｉ：０．００５％以上を含有し、
前記溶鋼へのＡｌの添加を、Ｔｉ、Ｍｇの添加前と添加後に分割して行ない、Ａｌの一部を添加して［Ａｌ］≦０．０１質量％とした溶鋼に、Ｔｉを添加した後にＭｇを添加し、またはＴｉとＭｇを同時に添加し、その後に残りのＡｌを添加することを特徴とする請求項３に記載の炭素鋼鋳片の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮｂとＴｉのうち少なくとも１種を含有する炭素鋼鋳片、および炭素鋼鋳片の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＮｂやＴｉは鋼材の強化元素として広く使われている。これらの合金元素が鋳片の厚み中心部に偏析すると、鋳片の中心偏析部にＮｂやＴｉを含有する粗大な炭窒化物を生成することがある。特にＮｂは偏析し易い。炭窒化物は硬質なため、鋳片を素材として製造した鋼材を加工・変形した時に、水素誘起割れ（ＨＩＣ）の破壊起点になり易い。そのため、ＮｂやＴｉを含有する粗大な炭窒化物の生成防止が必要である。
【０００３】
対策として従来から、連続鋳造時の凝固末期軽圧下による中心偏析低減が実施されている。しかし、連続鋳造時の凝固末期軽圧下のみでは、十分な効果を得ることができない。また、圧延前の均熱処理によって中心偏析を拡散低減する技術が実施されている。特許文献１、特許文献２では、ＮｂやＴｉを含有する極厚鋼板において、所定の加熱温度にて長時間の加熱保持を行った上で熱間鍛造を行い、その後再加熱して熱間圧延を行うことにより、ＮｂＴｉ炭窒化物を所定の大きさに制限し、これによって所定のＨＩＣ特性を具備する極厚鋼板を提供する発明が開示されている。しかしこのような長時間の熱間鍛造を付与したのでは製造コストの増大に繋がるので避けたい。
【０００４】
そこで、厳しくなるユーザーからの要求に応えるために、製造コストの過大な増大を来すことなく、更なる対策が求められている。
【０００５】
ＭｇＡｌ
２
Ｏ
４
やＭｇＯをはじめとするＭｇＯ－Ａｌ
２
Ｏ
３
系酸化物を含有するとともに、ＮｂＴｉ炭窒化物の形態等を記載した文献として、例えば以下の特許文献３～５を挙げることができる。
【０００６】
特許文献３には、超硬質相スピネル（ｓｐｉｎｅｌ、ＭｇＡｌ
２
Ｏ
４
）を形成・含有する所定の組成範囲にあるＭｇ－Ａｌ－Ｃａ－Ｏ系複合酸化物（段落［００４１］）を含む、溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）後に高い強度を有するとともに、耐水素誘起割れ（耐ＨＩＣ）性に優れた圧力容器用鋼材及びその製造方法が開示されている。
【０００７】
特許文献３に示されたＭｇ－Ａｌ－Ｃａ－Ｏ系複合酸化物は、硬度が非常に高いため圧延での圧下中にも破砕されない。そのため鋼材中の水素が集中する欠陥部位が減少するため、水素誘起割れ（ＨＩＣ）による欠陥が発生しない（段落［００４４］）、とされている。このように、特許文献３におけるＭｇの役割は、圧延時の破砕を防止するために硬質のスピネル相を形成することである。
【０００８】
そして、鋼中のＳを球状のＣａＳとして固定して、ＨＩＣの原因となるＭｎＳの生成を抑制するためにＣａを０．０００５％以上添加する（段落［００３７］）。したがって、所定の複合酸化物にはＣａＯが含有されている。
【０００９】
一方、母材強度向上、初期オーステナイト結晶粒微細化のためにＮｂ（段落［００２９］）が、母材及び溶接熱影響部の結晶粒成長を抑えて低温靭性を向上するためにＴｉ（段落［００３１］）が添加されている。それぞれ炭窒化物の形態で析出する。未溶解のＴｉＮｂ（Ｃ、Ｎ）や、厚さ中心部に粗大なＴｉＮ析出物が生成することを防ぐ対策として、Ｎｂ、Ｔｉのいずれも添加量の上限を０．０３％に抑えている。
【００１０】
特許文献４には、穴拡げ性及び延性を向上させるために、鋼板中に晶出、析出するＴｉ系介在物、特許文献４が対象とする鋼種では主にＴｉＮ、の粗大化を抑制し、微細化および分散化させることを検討している（段落［００２８］）。
（【００１１】以降は省略されています）

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