钢板的制作方法_3

文档序号:9422048阅读:来源:国知局
学成分中各元素以 质量%示出的含量控制在以下述的式II表示的范围内。
[0081] Ca彡 0? 0058 - 0? 0050XC(式II)
[0082] 该式II示出,有必要使Ca含量的上限值根据C含量而改变,即有必要C含量变得 越高,越降低Ca含量的上限值。此外,上述的式II的下限值没有特别限定,作为按质量% 计的Ca含量的下限值的0. 0005成为上述的式II的右边的实际的下限值。
[0083]C含量越高,B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度越增加的理由认为是 起因于钢水中的C浓度变得越高,从液相线温度至固相线温度为止的凝固温度范围变得越 宽,枝晶组织的长度越增大。即,推定是由于枝晶组织较长地生长,结果变得易于在枝晶树 枝间捕捉夹杂物(难以从枝晶树枝间排出至本体钢水中)。因此,越是C含量高、由此凝固 中的枝晶组织容易较长地生长的钢,越是需要降低Ca含量的上限使其满足上述的式II。
[0084] 此外,具有上述的碳浓度范围(C:超过0. 25%且小于0. 50% )的钢的凝固时的相 根据平衡状态图,在包晶温度以上时为液相+S相,在包晶温度以下时为液相+y相。即, 以包晶温度为界,S等溶质元素的微偏析度相异。这里应该注意的是,由于S为界面活性元 素,从而对夹杂物捕捉产生影响,与相为液相+S相的情况相比,在相为液相+Y相的情况 下S的固液分配系数更小。S的固液分配系数小的情况下,分配至固相的S的量变少,分配 至液相的S的量变多。在液相中分配较多的作为界面活性元素的S的情况下,液相与固相 之间的界面能降低,因此夹杂物变得易于在液相与固相之间的界面处被捕捉。
[0085] 钢的温度为包晶温度以下(即,钢的相为液相+y相)的情况下,S较多地分配至 液相。由此,枝晶树枝相)之间的S的微偏析度变高。因此,可以预想到包晶温度以下 时特别易于捕捉夹杂物。而且,C浓度越高,S相越减少,并且Y相越增加,因此夹杂物变 得易于在枝晶树枝间被捕捉。式II基于还包括该效果的评价、以及观察结果而确定。式II 在钢中的C浓度为比包晶点高的超过0. 25%且小于0. 50%的情况下成立。
[0086] 如以上那样,通过与C含量相应地含有适当量的REM和Ca,由此能够有效地降低A 系夹杂物、和B系夹杂物以及C系夹杂物中的任一者。在这些见解的基础上,本发明人还进 一步对易于成为裂纹起点的含Ti的碳氮化物的形态进行了研究。
[0087](关于含Ti的碳氮化物)
[0088] 从合金、金属废料等副原料混入Ti时,在钢中生成TiN等含Ti的碳氮化物。该含 Ti的碳氮化物的硬度高,此外其形状为角形状。因此,在钢中单独地生成粗大的含Ti的碳 氮化物时,该碳氮化物易于成为破坏的起点,因此钢的夏氏冲击值、进而加工性变差。
[0089] 如上所述,研究含Ti的碳氮化物的含量与钢板的加工性的关系的结果可知,如果 单独地存在的长边的长度为5ym以上的含Ti的碳氮化物的个数密度为5个/mm2以下,则 变得不易产生破坏,能够防止加工性的变差。此处,含Ti的碳氮化物中除了Ti碳化物、Ti 氮化物、Ti碳氮化物之外,还包括在含有作为选择元素的Nb的情况下的TiNb碳化物、TiNb 氮化物、TiNb碳氮化物等。
[0090] 为了减少这样的粗大的含Ti的碳氮化物,考虑降低Ti含量。然而,本实施方式所 涉及的钢的C浓度范围中,即使Ti含量为微量也易于生成含Ti的碳化物,进而,一旦生成 的含Ti的碳氮化物在钢的加热处理中易于粗大化。即,在C浓度超过0. 25%且小于0. 50% 的情况下,即使作为钢的成分不含Ti,也会以作为杂质混入的Ti为起因,存在含Ti的碳氮 化物的个数密度变得超过5个/mm2、钢的加工性降低的情况。作为用于解决该问题的手段, 考虑防止制造阶段中的Ti混入、将Ti含量抑制至lOppm左右。然而,考虑到设备能力以及 制造效率时,这样的手段的采用不优选。
[0091] 因此,对于用于减少以这样的粗大的含Ti的碳氮化物为起因的不良影响的其他 手段进行了研究,结果由本发明人发现复合含有REM和Ca是有效的。
[0092] 在进行复合含有REM和Ca情况下,首先包含Al、Ca、0、S、以及REM的复合夹杂物 在钢中生成,在该含REM的复合夹杂物上优先地复合析出含Ti的碳氮化物。通过在含REM 的复合夹杂物上使得含Ti的碳氮化物优先地复合析出,由此能够减少在钢中单独地生成 的角形状的含Ti的碳氮化物。即,能够将长边的长度为5ym以上的粗大的单独的含Ti的 碳氮化物的个数密度优选地减少至5个/mm2以下。
[0093] 在该含REM的复合夹杂物上复合析出的含Ti的碳氮化物难以成为破坏的起点。其 理由认为是由于,通过含Ti的碳氮化物在含REM的复合夹杂物上复合析出,该含Ti的碳氮 化物的角形状部变少。例如,含Ti的碳氮化物的形状为立方体或者长方体,因此在钢中单 独存在的情况下,含Ti的碳氮化物的8处的角全部与基体相接。角成为破坏的起点,因此 具有8处角的含Ti的碳氮化物具有8处破坏的起点。与此相对,含Ti的碳氮化物在含REM 的复合夹杂物上复合析出,例如,含Ti的碳氮化物仅一半与基体相接的情况下,含Ti的碳 氮化物仅4处与基体相接。即,与基体相接的含Ti的碳氮化物的角从8处减少至4处。其 结果是,以含Ti的碳氮化物为起因的破坏的起点由8处减少至4处。
[0094] 另外,关于含Ti的碳氮化物易于在含REM的复合夹杂物上优先地复合析出的理 由,鉴于含Ti的碳氮化物在REM复合夹杂物的特定的晶面处析出,推定是由于REM复合夹 杂物的特定的晶面与含Ti的碳氮化物的晶格整合性良好。
[0095] 含Ti的碳氮化物与含REM的夹杂物的复合物(即,含Ti的碳氮化物附着在包含 Al、Ca、0、S、以及REM的复合夹杂物的表面而得到的夹杂物)与单独存在的含Ti的碳氮化 物相比对钢板的各特性产生的不良影响较少,因此视为非单独存在的含Ti的碳氮化物的C 系夹杂物。
[0096] 接着,针对本实施方式所涉及的钢板的化学成分进行说明。
[0097] 首先,针对本实施方式所涉及的钢板的基本成分,对于数值限定范围及其限定理 由进行说明。此处,记载的%为质量%。
[0098](C:超过 0? 25%且小于 0? 50% )
[0099]C(碳)为在确保钢板的强度(硬度)上重要的元素。通过将C含量设为超过 0.25%,可确保钢板的强度。C含量为0.25%以下时,钢板的淬火性降低,因此将该钢板作 为原材料制造的产品例如齿轮类等所需的强度无法获得。另一方面,C含量成为0. 50%以 上时,确保加工性的热处理上需要长时间,因此如果不将热处理长时间化则存在钢板的加 工性变差的担心。此外,C含量增大时,B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度增加。 其原因推定是由于在C含量高的情况下,在钢水的凝固时枝晶组织较长地生长,在枝晶树 枝间变得易于捕捉夹杂物。因此,将C含量控制在超过0. 25%且小于0. 50%。
[0100] 此外,C含量的优选的下限值为0.27%。通常,C含量越高,进行热处理(淬火以 及回火)后的硬度以及抗拉强度越为增加。尤其,C含量为0.27%以上时,在进行淬火以及 低温回火处理后,能够充分确保1300MPa以上的强度。图3为示出C含量与抗拉强度的关 系的图表。本发明人测定了使除C含量以外的条件满足本实施方式所涉及的钢板的条件、 并且使C含量各种各样地不同的钢板的抗拉强度。其结果明确,在C含量为0. 27%以上的 情况下,钢板可靠地具有1300MPa的抗拉强度。此外本实施方式所涉及的钢板中,C含量的 下限优选为〇. 30%,C含量的上限优选设为0. 48%。
[0101] (Si:0? 10%~0? 60% )
[0102] Si(硅)作为脱氧剂起作用,另外为在提高淬火性使得钢板的强度(硬度)提高 上有效的元素。Si含量小于0.10%时,无法获得上述含有效果。另一方面,Si含量超过 0. 60%时,存在招致以热乳时的氧化皮瑕疵为起因的钢板的表面性状的劣化的担心。因此, 将Si含量控制在0. 10%~0.60%。Si含量的下限优选为0. 15%,Si含量的上限优选设 为 0? 55%。
[0103] (Mn:0? 40%~0? 90% )
[0104] Mn(锰)为作为脱氧剂起作用的元素,并且为在提高淬火性使得钢板的强度(硬 度)提高上有效的元素。Mn含量小于0.40%时,无法充分获得其效果。另一方面,Mn含量 超过0. 90 %时,存在钢板的加工性变差的担心。因此,将Mn含量控制在0. 40 %~0. 90%。 Mn含量的下限优选为0. 50%,Mn含量的上限优选设为0. 75%。
[0105] (A1 :0? 003%~0? 070% )
[0106] A1 (铝)为作为脱氧剂起作用的元素,并且为在通过固定N而提高钢板的加工性上 有效的元素。A1含量小于0. 003%时,无法充分获得上述含有效果,因此需要含有0. 003% 以上。另一方面,A1含量超过0.070%时,上述含有效果饱和,此外,粗大的夹杂物增加。由 于该粗大的夹杂物,存在加工性变差、或表面瑕疵变得易于产生的担心。因此,将A1含量控 制在0. 003%~0. 070%。A1含量的下限优选为0. 010%,A1含量的上限优选设为0. 040%。
[0107] (Ca:0.0005%~ 0.0040%)
[0108] Ca(钙)为在用于控制夹杂物的形态、由此提高钢板的加工性上有效的元素。Ca含 量小于0. 0005%时,无法充分获得上述效果。夹杂物的形态的控制也可以根据REM,但Ca含 量小于0. 0005%时,与后述的单独含有REM时同样地,存在因在连续铸造时产生喷嘴堵塞 从而妨碍作业的稳定、此外因高比重夹杂物在铸坯的下表面侧堆积从而钢板的加工性变差 的担心。另一方面,Ca含量超过0. 0040%时,例如,Ca0-Al203系夹杂物等粗大的低熔点氧化 物、和/或CaS系夹杂物等在乳制时易于拉伸的夹杂物变得易于生成,由于它们而存在钢板 的加工性变差的担心。此外,Ca含量超过0. 0040%时,存在喷嘴耐火物变得易于侵蚀从而 连续铸造的作业变得不稳定的担心。因此,将Ca含量控制在0. 0005 %~0. 0040%。Ca含量 的下限优选设为〇. 0007 %,进一步优选设为0. 0010 %。Ca含量的上限优选设为0. 0030 %, 进一步优选设为〇. 0025 %。
[0109] 此外,有必要将Ca含量的上限值与C含量相应地进行控制。具体而言,有必要将 化学成分中的C以及Ca的以质量%示出的含量控制在以下述的式III表示的范围。在Ca 含量不满足下述的式III的情况下,B系夹杂物以及C系夹杂物的总计的个数密度超过5个 /mm2。
[0110] Ca彡 0? 0058 - 0? 0050XC(式III)
[0111] (REM:0? 0003%~0? 0050% )
[0112] REM(稀土金属,RareEarthMetal)意味着稀土类元素,为钪Sc(原子序号21)、 钇Y(原子序号39)以及镧系元素(从原子序号57的镧至原子序号71的镥为止的15种元 素)的17元素的总称。本实施方式所涉及的钢板中,含有选自从它们当中的至少1种以上 的元素。通常,作为REM,从入手的容易度出发,从Ce(铈)、La(镧)、Nd(钕)、Pr(镨)等 中选择的情况较多。作为添加方法,例如广泛进行在钢中添加作为这些元素的混合物的混 合稀土金属。混合稀土金属的主要成分为Ce、La、Nd、以及Pr。本实施方式所涉及的钢板 中,钢板所含有的这些稀土类元素的总量设为REM含量。此外,在上述的Ca及REM的化学 当量的总和R1的算出方法中,混合稀土金属的平均原子量为约140,因此REM的原子量设为 140〇
[0113] REM为在用于控制夹杂物的形态、提高钢板的加工性上有效的元素。REM含量小于 0.0003%时,无法充分获得上述效果,另外,产生与单含Ca时同样的问题。即,REM含量小 于0. 0003%时,Ca0-Al203系夹杂物、一部分的CaS通过乳制而拉伸,由此存在产生钢板特性 (加工性以及加工后的韧性)的降低的担心。此外,REM含量小于0.0003%时,含Ti的碳 氮化物易于优先复合的包含Al、Ca、0、S以及的复合夹杂物少,因此在钢板中单独地生 成的含Ti的碳氮化物变多,加工性易变差。另一方面,REM含量超过0.0050%时,连续铸造 时的喷嘴堵
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