JPH069733B2 - 耐水素誘起割れ性に優れた鋼鋳片の判定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、連続鋳造によって得られた鋼鋳片が油井管そ
の他に用いられる耐水素誘起割れ性に優れた鋼鋳片とし
て相応しいか否かを判定する方法に関するものである。

（従来の技術） 従来連続鋳造によって得られた鋼鋳片（以下連鋳鋳片と
いう）の品質評価法には、サルファープリント法、マク
ロエッチ法等があり、一般的には、前者の方利用されて
いる。

このサルファープリント法によれば、鋳片の特に中心部
近傍の偏析状態が簡便に評価できるため、品種別の判定
基準として連鋳鋳片では広く利用されてきた。特に一般
構造物、造船材等の鋼板を製造する場合には、この方法
がきわめて優れていた。

しかしながら、耐水素誘起割れ性を評価しようとする場
合には前記の品質評価法が有効な手段とならないのが現
状であった。なぜならば水素誘起割れは、Ｓ以外の元素
であるＰ，Ｍｎ等の最終凝固部近傍で起こる偏析と極め
て関係が強く、従来のサルファ〇プリント法、マクロエ
ッチ法による評価では、どうしても不正確になるためで
ある。

従って現状では、上記のような割れが問題となる鋼種に
ついては、鋳片段階で圧延後の水素誘起割れ性を評価す
ることは困難であるため、均熱拡散処理あるいはブレイ
クダウン均熱拡散処理等を実施し、全ての元素の拡散処
理を行なった後に圧延するという過剰な対応がとられて
きた。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような水素誘起割れとＰ，Ｍｎ等の偏析量との関
係はいまだ明らかにされておらず、従って、成分調整、
ロールピッチの短縮化、凝固組織の等軸晶化を実施して
いるが、必ずしも目的の鋼鋳片を得るに至っていない。

本発明者らは、鋳片におけるＰ，Ｍｎの偏析状態と割れ
特性の関係を調査した。その結果、Ｐ≧0.04重量％（以
下単に「％」と記載する）、Ｍｎ≧1.5％の濃度部分の
面積率と、割れ特性に密接な関係があることを知った。

即ち本発明は、耐水素誘起割れ性に優れた均熱拡散処理
型連鋳鋳片を、圧延後にＮＡＣＥ基準による水素誘起割
れテストを行うことなく、鋳片段階で判定する方法を提
供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、後述するような溶鋼成分の連鋳鋳片を、
新たな偏析評価方法に基づいて評価し、これを圧延して
成品としたものの水素誘起割れ特性を調査した。その結
果、第１図に示すように、Ｐ及びＭｎの偏析と成品の割
れ特性との間に一定の関係を見い出した。

図中○印は割れなし、×印は割れありを示す。すなわ
ち、割れが発生しないための条件は、第１図においてＰ
の偏析状態とＭｎの偏析状態によって、(1)式のごとく
決定され、占有面積率ＡＰ及びＡＭｎを(1)式が満たさ
れるように制御することにより、水素誘起割れが発生し
ないことを見い出した。

log（ＡＰ）≦−０．４×log（ＡＭｎ）−１．２…(1) ここにいう占有面積率ＡＰ，ＡＭｎとは、連鋳鋳片の鋳
造方向の断面において、厚み方向の最終凝固部を含む鋳
造方向40mm、厚み方向20mmの試片を採取したとき、この
試片中Ｐ≧0.04％の面積の占める比率（占有面積率）お
よびＭｎ≧１．５％の面積の占める比率を示す。

ところで、本発明において、Ｐ，Ｍｎの偏析による占有
面積率の算定方法は、特に限定されないが、たとえば特
開昭57−142551号公報によるマイクロアナライザー処
理、すなわちマッピング・アナライザー処理で行なうの
が便利である。

このマッピング・アナライザーは、ＥＰＭＡ（Electro
probe micro analyzer）とデータ記憶装置とを組合わせ
たもので、各座標における元素の特性Ｘ線強度を、同時
に数元素について測定することができる。測定原理は、
鏡面研磨された試料に電子を照射し、試料表面から発生
する元素特有の特性Ｘ線を分光結晶で検出する点にあ
り、分光結晶の設置台数により多元素の同時検出が可能
となる。データ記憶装置に取り込まれた特性Ｘ線強度値
は、検量線によって濃度（重量％）に変換される。第１
図の縦軸及び横軸は、この濃度データを画像解析して求
めたものである。

即ち、本発明は、連続鋳造によって得られた鋼鋳片の幅
方向の中央部または幅方向の中心偏析と偏析を共通にも
つ領域で断面を切出し、該断面内に前記鋳造方向に少な
くとも40mmの長さを有し、且つ厚み方向にその最終凝固
部を含む20mmの幅を有する視野を設定したのち、マッピ
ング・アナライザー処理により該視野におけるＰとＭｎ
とを分析して、0.04％以上のＰの占有面積率ＡＰと、
１．５％以上のＭｎの占有面積率ＡＭｎとが、式log(Ａ
Ｐ)≦−０．４×log(ＡＭｎ)−１．２を満足していると
き、該鋳片は耐水素誘起割れ性に優れていると判定する
ことを特徴とする耐水素誘起割れ性に優れた鋼鋳片の判
定方法である。

（作 用） 第１図からＭｎ偏析部の面積が小さくなれば、Ｐ偏析部
の面積は多少大きくなってもよいことがわかる。

本発明によると、連鋳鋳片の中心部（最終凝固部）から
試片（40×20mm）を採取し、この部分を例えば、特開昭
57−142551号公報による50μｍビーム径のマッピング・
アナライザーで全面分析し、試片内のＰ，Ｍｎの偏析状
況を評価することが望ましい。また、Ｐの測定誤差を加
味し、10％以内の誤差にするため、Ｘ線照射時間を、１
測定点あたり100msec以上にすることが望ましい。

即ち第２図に示すように、連鋳鋳片10の鋳造長手方向
（以下Ｌ方向という）の断面において、通常厚み方向の
最終凝固部を含む所望面積12の試料を採取する。試片12
は、連鋳鋳片のＬ方向断面で40×20mm以上の面積をもつ
ものとするが、好ましくは第３図に示すように中心偏析
とＶ偏析を共通にもつ領域にすると効率的で好ましい。

ここで、試片の大きさを40×20mmとしたのは以下の理由
による。

マッピング・アナライザーの測定条件として、ビーム径
Ｄを50μｍ、１測定点あたりのＸ線照射時間ｔを100mse
c、Ｘ線照射電流Ｉを５μＡとした。このときの測定時
間Ｔは、(2)式で表わされ、測定視野の大きさに比例し
て長くなる。

Ｔ＝（1000×A/D）×（1000×B/D）×（ｔ／1000） ……(2) ただし、Ｔ；測 定 時 間 （sec） Ａ；厚み方向の測定長さ（mm） Ｂ；幅方向の測定長さ（mm） Ｄ；ビーム径 （μｍ） ｔ；１測定点あたりの Ｘ線照射時間 （msec） ＮＡＣＥ基準による水素誘起割れテストを行なうと、割
れが中心偏析部およびＶ偏析部で発生しており、厚み方
向と幅方向の双方を含む視野とする。必要がある。この
点を考慮し、測定時間Ｔを最小限にするため、測定視野
を特定することとした。

まず厚み方向は、中心偏析、Ｖ偏析、逆Ｖ偏析等を同一
視野に含むように、測定視野を中心偏析より上面側に15
mm、下面側に５mmとり、合わせて20mmとした。

また、鋳造方向は、少なくとも視野内にＶ偏析３本を含
む視野がマクロ的に鋳片の実態をよく表わしており、そ
の長さを40mmとした。このとき、視野変更による差異は
10重量％以内であった。

こうして、厚み方向に20mm、鋳造方向に40mmの長さを測
定することにより、１個の試片を10時間以内と短時間で
測定できるようになるとともに、鋳片の偏析をバラツキ
少なく、かつマクロ的に評価、定量化できることとなっ
た。

第４図は取鍋Ｐ＝0.005％で鋳造された鋳片の測定例で
あるが、40×20mmの試片を６倍に拡大したものである。
図中で黒色のマーキングＡは、Ｐ＝0.01％の等偏析Ｐ濃
度域、斜線のマーキングＢは、Ｐ＝0.02％の等偏析Ｐ濃
度域、マーキングＣは、Ｐ＝0.04％の等偏析Ｐ濃度域で
ある。

即ちこのケースでは、40×20mmの試片全面積中で、偏析
Ｐ濃度0.04％以上の面積率が0.002％、0.02％以上の面
積率が0.27％、0.01％以上の面積率が5.67％の例を示し
ている。この結果より、偏析Ｐ濃度0.01％以上の面積率
をＰ偏析の占有面積率とするのが有為差をつける上で好
ましいと考えられる。

第１図の供試鋼の溶鋼成分は、主としてＣ０．５％以
下、Ｓｉ.01〜１．０％、Ｍｎ０．７〜１．５％、Ｐ0.0
2％以下、Ｓ0.005以下、Ｏ0.004％を基本成分とし、さ
らに基本成分に必要に応じてＣａ70ppm以下、ＲＥＭ0.0
4以下、Ｎｂ0.01〜０．５％、Ｖ0.01〜０．５％、Ｃｕ
１％以下、Ｃｒ１％以下、Ｍｏ１％以下、Ｚｒ0.01〜
０．５％、Ｎｉ１％以下、Ｔｉ0.01〜０．３％等を１種
以上適宜含んだものである。

一方、Ｍｎは、材料に要求される強度を確保するため、
０．７％乃至１．５％添加されるが、１．５％以上添加
されると、著しく割れ感受性を強めるため、耐水素誘起
割れ性を考慮して、Ｐとの相関により制限される。従っ
て、偏析Ｍｎ濃度１．５％以上の面積率をＭｎ偏析の占
有面積率とするのが適当である。

ところで、前述してきたようなＰ≧0.04％、Ｍｎ≧1.5
％の占有面積率に影響を与える因子は、溶鋼成分では当
然取鍋Ｐ％、取鍋Ｍｎ％であり、次にその溶鋼が固まる
連続鋳造時の凝固条件（タンディシュ加熱度ΔＴ、ロー
ルピッチｌｐ、最終凝固部での溶鋼静圧Ｐ、鋳片界面温
度〔℃〕（シェル厚み））である。

従って、上述のＰ及びＭｎの占有面積率を考慮して、前
記連続鋳造時の凝固条件と溶鋼成分を選択することによ
り、耐水素誘起割れ性に誘れた鋳片を製造できる。特に
ロールピッチや最終凝固部での溶鋼静圧等は、Ｐ，Ｍｎ
の占有面積率を小さくするために重要であり、そのため
特開昭62−33048号公報に示された稠密ロールや、特開
昭62-89555号公報に示されたウォーキングバーによる最
適な凝固末期圧下が有効である。

（実 施 例） Ｃ＝０．０７５％、Ｍｎ＝1.03％、Ｓｉ＝0.256％、Ｐ
＝00029％、Ｓ＝0.0015％、Ｖ＝0.31％、Ｎｂ＝0.041
％、Ｃａ／Ｓ＝1.53の溶鋼を、1.05Ｒ連鋳機にて、最終
凝固部近傍をウォーキングバーで面支持しながら鋳造し
た。

得られた鋳片の中心部近傍より40×20mmの試片を取り出
し、前記マッピング・アナライザー処理をほどこして、
Ｐ≧0.04％、Ｍｎ≧１．５％の占有面積率を求めた所、
それぞれ0.05％，０．３％であったので、拡散熱処理を
施すことなく、そのまま圧延工程に送り、圧延後ＮＡＣ
Ｅ基準による水素誘起割れテストを実施した。その結
果、全て合格であり、マッピング・アナライザーにより
鋳片段階で、圧延後の試料のＮＡＣＥ基準による水素誘
起割れの判定ができた。

（発明の効果） 本発明は、鋳造装置を評価し、最適鋳造条件を把握する
ための判定基準として有効である。また、鋳造ままの状
態でＮＡＣＥ基準による水素誘起割れ判定が可能である
ため、鋳片の均熱拡散の必要性を判断でき、圧延までの
適切な処理が施された後に製板工程へ送られるので、水
素誘起割れのない製造条件を確立できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡＰ−ＡＭｎ相関のグラフ、第２図は本発明の
試片採取の説明図、第３図は評価のための判定視野の説
明図、第４図(a)はＰ占有面積率算定のためのマイクロ
アナライザーによる解析図、第４図(b)は第４図(a)の部
分拡大図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−73162（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−6961（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−228655（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続鋳造によって得られた鋼鋳片の幅方向
   の中央部または幅方向の中心偏析とＶ偏析を共通にもつ
   領域で鋳造方向の断面を切出し、該断面内に、前記鋳造
   方向に少なくとも40mmの長さを有し、且つ厚み方向にそ
   の最終凝固部を含む20mmの幅を有する視野を設定したの
   ち、ＥＰＭＡとデータ記憶装置とを組合わせたマッピン
   グ・アナライザー処理により該視野におけるＰとＭｎと
   を分析して、0.04重量％以上のＰの占有面積率ＡＰと、
   １．５重量％以上のＭｎの占有面積率ＡＭｎとが、式lo
   g(ＡＰ)≦−０．４×log(AMn)−１．２を満足している
   とき、該鋳片は耐水素誘起割れ性に優れていると判定す
   ることを特徴とする耐水素誘起割れ性に優れた鋼鋳片の
   判定方法。