JP7360033B2 - 鋼の薄肉鋳片及び鋼の薄肉鋳片製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鋼の薄肉鋳片及び鋼の薄肉鋳片製造方法に関するものである。特に、一対の鋳造ロールと一対のサイド堰によって形成された溶鋼溜まり部に、溶鋼を供給して、薄肉鋳片を製造する双ロール式薄肉鋳片連続鋳造による鋼の薄肉鋳片製造方法に関する。
金属の薄肉鋳片を製造する方法として、内部に水冷構造を有し互いに逆方向に回転する一対の鋳造ロールを備え、回転する一対の鋳造ロールと一対のサイド堰によって形成された溶融金属プール部に溶融金属を供給し、前記鋳造ロールの周面に凝固シェルを形成・成長させ、一対の鋳造ロールの外周面にそれぞれ形成された凝固シェル同士をロールキス点で圧着して所定の厚さの薄肉鋳片を製造する双ロール式（双ドラム式ともいう。）連続鋳造方法が提供されている。薄肉鋳片の連続鋳造方法としては、上記の双ロール式連続鋳造方法のほかに、単ロール式連続鋳造方法、双ベルト式連続鋳造方法、単ベルト式連続鋳造方法などが知られている。
上述の双ロール式などの薄肉鋳片の連続鋳造方法においては、溶鋼から直接数ｍｍ厚の薄肉鋳片を製造できることから、熱間圧延等の工程を省略することが可能となる。そこで、例えば、中・高Ｍｎ鋼（２．５～１５％Ｍｎ）、Ｐ含有鋼（０．０２～０．０６％Ｐ）、Ｃｕ－Ｓｎ含有鋼（０．１～１％Ｃｕ、０．０１～０．１％Ｓｎ）、Ｓｉ鋼（１～７％Ｓｉ）、高Ａｌ鋼（０．２～２％Ａｌ）等の脆性材料、難熱延材の製造に、特に適している。
連続鋳造鋳片の凝固組織については、鋳片の表層側に柱状晶が形成される。鋳片の厚み中央部まで含めて柱状晶が形成される場合と、鋳片の厚み中央部には等軸晶帯が形成される場合とがある。鋳片全厚みに対する等軸晶帯の厚みの比率を、等軸晶率と称し、％で表示する。
上述の双ロール式などの薄肉鋳片の連続鋳造方法は、固定鋳型振動式連続鋳造方法と異なり、鋳造ロールと溶鋼との間にモールドフラックス等を介在させていないので、溶鋼と鋳造ロールが直接接することから、溶鋼の冷却速度が大きく、製造された薄肉鋳片においては柱状晶が発達しやすいことが特徴である。
柱状晶が発達し、等軸晶率が低い薄肉鋳片においては、曲げ応力が作用すると、鋳片の表層から厚み方向に発達した柱状晶の粒界に沿って割れが発生しやすい。このため、薄肉鋳片の巻き取り時に割れや破断が発生したり、冷間圧延時にエッジ割れや破断が発生したりするおそれがある。特に、上述の脆性材料、難熱延材においては、この傾向が顕著となる。このため、薄肉鋳片を製造することによって熱間圧延を省略したにもかかわらず、鋳片巻取り時やその後の加工等で割れてしまい、製造歩留まりを向上させることができないことが課題であった。
対策として、鋳片組織を等軸晶化し、鋳片の等軸晶率を高めて鋳片表層に等軸晶帯を近づけ、鋳片表層の柱状晶帯の厚みを低減することが有効である。
しかし、上述した通り、双ロール式連続鋳造法は冷却速度が大きいため、柱状晶が発達しやすい。双ロール式連続鋳造方法以外の、単ロール式連続鋳造方法、双ベルト式連続鋳造方法、単ベルト式連続鋳造方法も同様である。
等軸晶を増やすために、例えば、接種技術の適用が考えられる。
連続鋳造に適用可能な、接種による等軸晶化技術として、以下の技術が提案されている。なお、特許文献１、２は、薄肉鋳造ではなく、鋳片厚みが数十ｍｍ以上である固定鋳型振動式連続鋳造を対象としている。特許文献３～５は薄肉鋳片が対象である。
連続鋳造に適用可能な、接種による等軸晶化技術として、以下の技術が提案されている。なお、特許文献１、２は、薄肉鋳造ではなく、鋳片厚みが数十ｍｍ以上である固定鋳型振動式連続鋳造を対象としている。特許文献３～５は薄肉鋳片が対象である。
特許文献１には、Ｃ：０．０１～０．１５質量％の炭素鋼に、Ａｌ．Ｚｒ，Ｍｇ，ＲＥＭ（希土類元素），Ｃａの脱酸元素のうち２種以上を添加し、形成された複合酸化物を接種核として活用して等軸晶化を促進する発明が開示されている。実施例では、Ａｌ－Ｚｒ－Ｍｇ、Ａｌ－Ｃａ、Ｍｇ－Ｃａ、Ｚｒ－ＲＥＭの複合脱酸例が示されている。それぞれＡｌ2Ｏ3－ＺｒＯ2－ＭｇＯ系、Ａｌ2Ｏ3－ＣａＯ系、ＭｇＯ－ＣａＯ系、ＺｒＯ2－ＲＥＭ2Ｏ3系の複合酸化物が形成されると考えられる。
特許文献２には、Ａｌ脱酸鋼において、タンディシュ溶鋼中に溶存ＲＥＭ濃度を０．５ｐｐｍ以上６０ｐｐｍ未満、あるいはさらに溶存Ｍｇ濃度を１ｐｐｍ以上７０ｐｐｍ未満に調整して、鋳片中心部に等軸晶を形成させる技術が提案されている。２５０ｍｍ厚以上の鋳片を対象としており、中心部を含む２５ｍｍ以上の厚さが等軸晶であることで（段落［０００６］）偏析粒径やポロシティ径を低減することができるとされている。鋳片厚みに対する等軸晶帯の比率、等軸晶率に換算すると１０％以上となる。すなわち、特許文献２においては、連鋳機内での溶鋼中の溶存ＲＥＭと溶存Ｍｇを利用して鋳片中心部に等軸晶を形成し、等軸晶率を１０％以上としさえすれば、偏析粒径やポロシティ径を改善することができる発明が開示されている。
特許文献３には、Ｃｒを１１質量％以上含有し、主相がオーステナイト相からなるオーステナイト系ステンレス鋼の薄肉鋳片において、Ｌａ、Ｃｅ、Ｍｇを単独またはＭｇとＴｉを複合で添加（段落［０００９］）、Ｌａ、Ｃｅの両方を複合して添加（段落［００１３］）することにより、Ｌａ、Ｃｅ、Ｍｇ系介在物を鋳造時の凝固核として作用させ、これらの介在物が多量に存在することで等軸晶が多量に中心部に生成して微細で均一な組織を形成し（段落［００２０］）、製品表面の光沢むらや加工後の凹凸が認められない（段落［００１０］）ような、表面性状を良好にする技術が開示されている。さらに、Ｔｉを複合添加することで何らかの理由により凝固核生成効果が促進される（段落［００２０］）ことが示されている。実施例では、Ｌａ、Ｃｅ（ＲＥＭ）、Ｔｉ＋ＲＥＭ、Ｍｇ、Ｔｉ＋Ｍｇを添加した例が示されている。
特許文献４には、減圧下で脱炭処理し溶存酸素量を所定範囲に調整後、Ａｌ、Ｔｉの１種または２種を添加して脱酸し、酸可溶Ａｌや酸可溶Ｔｉの濃度を所定範囲に調整した後に、Ｍｇを０．０００３～０．０１質量％添加した溶鋼を双ロール式連続鋳造方法で鋳造することを特徴とする、清浄性が高く、ノズル詰まりと介在物粗大化を抑制でき、凝固組織の異方性を低減できる低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法および鋳片が開示されている。脱炭後の溶存酸素濃度を制御するのは、アルミナやチタニアの生成量を低減しクラスター防止のためである。アルミナやチタニアは非常に凝集合体しやすいため、Ｍｇで改質して凝集・付着防止を図る。また、等軸晶核生成サイトとして活用し異方性を低減する。主な対象はＣ：０．０１～０．０５質量％の低炭素鋼である。実施例では、Ｍｇを上限である０．０１％添加した場合に等軸晶率が最大４８％に達した結果が示されている。
特許文献５には、減圧下で脱炭処理し溶存酸素量を所定範囲に調整後、Ａｌ、Ｔｉの１種または２種を添加して脱酸し、酸可溶Ａｌや酸可溶Ｔｉの濃度を所定範囲に調整した後に、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒの少なくとも１種以上の合計を０．０００３～０．０３質量％添加した溶鋼を双ロール式連続鋳造方法で鋳造することを特徴とする、清浄性が高く、ノズル詰まりと介在物粗大化を抑制でき、凝固組織の異方性を低減できる低炭素鋼薄肉鋳片の製造方法および鋳片が開示されている。脱炭後の溶存酸素濃度を制御するのはアルミナやチタニアの生成量を低減しクラスター防止のためである。アルミナやチタニアは非常に凝集合体しやすいため、ＲＥＭで改質して凝集・付着防止を図る。また、等軸晶核生成サイトとして活用し異方性を低減する。実施例では、Ｃｅ＋Ｌａ＋Ｎｄ＋Ｐｒの合計がほぼ上限の２８０ｐｐｍ添加した場合に等軸晶率が５７％に達した結果が示されている。
K.Isobe:ISIJ Int., 50(2010), p.1972
大橋ら：鉄と鋼，６２（１９７６），ｐ．６１４
発明者らの知見によると、薄肉鋳片を破断なく安定して巻き取るためには少なくとも６７％以上の等軸晶率が必要である。さらに鋳片巻き取り時の割れを防止するためには等軸晶率が８０％以上であることが好ましい。
特許文献１には、脱酸元素のうち２種以上を添加し、形成された複合酸化物を接種核として活用して等軸晶化を促進する発明が開示されているものの、形成される介在物組成は規定されておらず、組成例も示されていない。上記脱酸元素の種類や含有量により、当然、複合酸化物の組成が異なるが、上記Ｃ濃度時の凝固初晶δ－Ｆｅの凝固核生成に有効な複合酸化物が形成されるとは限らず効果が不安定である。
特許文献２には、タンディシュ溶鋼中に溶存ＲＥＭ濃度を０．５ｐｐｍ以上６０ｐｐｍ未満、あるいはさらに溶存Ｍｇ濃度を１ｐｐｍ以上７０ｐｐｍ未満に調整して、鋳片中心部に等軸晶を形成させる技術が提案されているものの、以下の課題がある。
まず、前述の通り、特許文献２に記載のものは、鋳片厚みに対する等軸晶帯の比率、等軸晶率の目標値は１０％以上にとどまる。しかし上述のとおり、薄肉鋳片の柱状晶粒界割れを防止するためには、鋳片厚みに対する等軸晶帯の厚み、等軸晶率が６７％以上、すなわち、少なくとも表層から１／６厚より内部を等軸晶化する必要がある。等軸晶率１０％では薄肉鋳片の柱状晶粒界割れ防止の効果が得られない。
次に、特許文献２は溶存ＲＥＭが有する凝固時の高い偏析度に着目しており、厚い鋳片で効果を発揮するが、薄肉鋳片では有効ではない。ＲＥＭは溶鋼中で、溶存ＲＥＭ、あるいはＲＥＭ介在物（主に酸化物、硫化物）の形態で存在する。特許文献２は、このうちの溶存ＲＥＭを利用しており、鋳片厚み中心付近に溶存ＲＥＭを偏析させて、連鋳機内で新たに微小なＲＥＭ介在物を生成させる技術である（段落［００１６］）。鋳片厚み中心部にＲＥＭ介在物が生成する程度に溶存ＲＥＭが偏析するためには、鋳片が厚い必要があり、極厚材ほど効果が大きい（段落［００２３］）。なお、中心部の等軸晶化に必要な偏析後の溶存ＲＥＭ濃度や、その結果生成した微量ＲＥＭ介在物の個数密度は示されていない。溶存ＲＥＭの利用とは逆に、溶鋼中、すなわち鋳造工程より前に生成したＲＥＭ介在物は、溶鋼中で凝集合体が進行し粗大化し、ノズル閉塞や製品板割れを引き起こすため有害とされており活用しない。
一方、双ロール式連続鋳造方法をはじめとする薄肉鋳片の連続鋳造では、最大でも厚み１０ｍｍ以下の薄肉鋳片を対象としており、中心部でも溶存ＲＥＭの偏析度は低い。そのため、等軸晶化に必要なＲＥＭ介在物の生成は困難であり、薄肉鋳片の柱状晶粒界割れの防止に必要な等軸晶率は得られない。
特許文献２では、溶存ＲＥＭと溶存Ｍｇを併用した技術も示されているが、δ－Ｆｅの等軸晶化を促進する接種核はＲＥＭ酸化物である。Ｍｇ併用はＲＥＭの酸化ロス量を低減して溶存ＲＥＭ量を増すため（段落［００１６］）であり、酸化物ＭｇＯの作用は記載されていない。
特許文献３は、板幅方向の全幅に渡って等軸晶帯のＮｉ濃度を、柱状晶帯のＮｉ濃度の０．９５～０．８倍に制御する技術であるが、等軸晶率に関しては開示も規定もされていない。そして、Ｃｒを１１質量％以上含有するステンレス鋼を対象としており、かつ、主相がオーステナイト相である。本発明が対象とする、凝固初晶がδ－Ｆｅである成分組成とは異なる。Ｌａ、Ｃｅ、Ｍｇ系介在物が凝固核として作用する点は記載されている（段落［００２０］）ものの、その機構は記載されていないため、Ｃｒを１１質量％以上含有するオーステナイト系ステンレス鋼以外の鋼種に対する効果は不明であり、示唆もない。そして、Ｍｇ＋ＲＥＭの効果は示されておらず示唆もされていない。
特許文献４においては、Ｍｇ過多では、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凝集合体により粗大化する（段落［００２６］、［００３２］）として、Ｍｇ上限を０．０１％としている。このことから等軸晶の核生成サイトが不足する（段落［００３２］）ので、特許文献４に記載のものでは、４８％以上に等軸晶率を増加することは困難である。
特許文献５においては、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒの少なくとも１種以上の合計が０．０３質量％を超えると、強脱酸元素であるＣｅ、Ｌａ、ＮｄもしくはＰｒ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凝集合体により粗大化する（段落［００２６］、［００３１］）として、これら元素含有量上限を抑えている。このことから等軸晶の核生成サイトが不足する（段落［００３１］）ので、特許文献５に記載のものでは、実施例に示された最大等軸晶率５７％から大きく増加することは困難である。
以上のように従来技術では、薄肉鋳片の等軸晶率を安定して６７％以上確保することが困難であるので、中・高Ｍｎ鋼などの脆性材料、難熱延材の薄肉鋳片を破断なく安定して巻き取ることが困難である。
このような状況を鑑み、本発明は、少なくとも６７％以上の等軸晶率を有し、鋳造時に破断なく安定して巻き取ることができる、厚さが１０ｍｍ以下である薄肉鋳片、及びその製造方法を提供することを課題とする。等軸晶率が６７％を超えた高い値を有することで、鋳造時に柱状晶粒界割れが生じたり、冷間圧延時にエッジ割れや破断が生じたりすることがなく、脆性材料、難熱延材であっても品質に優れた双ロール式薄肉鋳片が得られる。
［１］凝固初晶がδ－Ｆｅである成分組成を有し、厚さが１０ｍｍ以下である薄肉鋳片であって、
Ｍｇ：０．０００１～０．００３０％、
ＲＥＭ：０．０００１～０．０３００％
を下記（１）式を満たすように含有し、
鋳片表層から１／６厚部の表層と平行な断面において、
最大長さが１μｍ以上５μｍ以下である介在物が５０個／ｍｍ 2 以上分布しており、
前記介在物の平均組成（質量％）が下記（２）式～（４）式を満たし、
前記介在物の少なくとも１０個を任意に選び、個別の介在物の断面全体の平均ＭｇＯ含有率（ＭｇＯ) M を測定し、
当該介在物の（ＭｇＯ) M の２倍以上である領域（ａ）と、２倍未満の領域（ｂ）とに区分し、領域（ａ）が単一の場合はその領域の周長の１／２以上が、複数ある場合はそのうちの最大面積の領域の周長の１／２以上が、領域（ｂ）に被覆されている介在物の個数が、任意に選んだ前記介在物個数の半数以上を占めており、
鋳片厚みに対する等軸晶帯の厚みの比率が６７％以上であることを特徴とする鋼の薄肉鋳片。
０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］ ・・・（１）
上式で、［元素記号］は当該元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
（Ａｌ 2 Ｏ 3 ）＋（ＲＥＭ 2 Ｏ 3 ）＋（ＭｇＯ）≧７５ ・・・（２）
（ＭｇＯ）＞０ ・・・（３）
０．０３≦（ＲＥＭ 2 Ｏ 3 ）／（ＭｇＯ）≦１００ ・・・（４）
Ｍｇ：０．０００１～０．００３０％、
ＲＥＭ：０．０００１～０．０３００％
を下記（１）式を満たすように含有し、
鋳片表層から１／６厚部の表層と平行な断面において、
最大長さが１μｍ以上５μｍ以下である介在物が５０個／ｍｍ 2 以上分布しており、
前記介在物の平均組成（質量％）が下記（２）式～（４）式を満たし、
前記介在物の少なくとも１０個を任意に選び、個別の介在物の断面全体の平均ＭｇＯ含有率（ＭｇＯ) M を測定し、
当該介在物の（ＭｇＯ) M の２倍以上である領域（ａ）と、２倍未満の領域（ｂ）とに区分し、領域（ａ）が単一の場合はその領域の周長の１／２以上が、複数ある場合はそのうちの最大面積の領域の周長の１／２以上が、領域（ｂ）に被覆されている介在物の個数が、任意に選んだ前記介在物個数の半数以上を占めており、
鋳片厚みに対する等軸晶帯の厚みの比率が６７％以上であることを特徴とする鋼の薄肉鋳片。
０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］ ・・・（１）
上式で、［元素記号］は当該元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
（Ａｌ 2 Ｏ 3 ）＋（ＲＥＭ 2 Ｏ 3 ）＋（ＭｇＯ）≧７５ ・・・（２）
（ＭｇＯ）＞０ ・・・（３）
０．０３≦（ＲＥＭ 2 Ｏ 3 ）／（ＭｇＯ）≦１００ ・・・（４）
［２］凝固初晶がδ－Ｆｅである成分組成を有する薄肉鋳片を双ロール式連続鋳造する際に、
溶鋼中にＭｇを添加した後にＲＥＭを添加し、
Ｍｇ：０．０００１～０．００１５％、
ＲＥＭ：０．０００１～０．０３００％
を（１）式を満たすように含有させ、
鋳片厚みに対する等軸晶帯の厚みの比率を６７％以上とすることを特徴とする［１］に記載の鋼の薄肉鋳片の製造方法。
０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］ ・・・（１）
溶鋼中にＭｇを添加した後にＲＥＭを添加し、
Ｍｇ：０．０００１～０．００１５％、
ＲＥＭ：０．０００１～０．０３００％
を（１）式を満たすように含有させ、
鋳片厚みに対する等軸晶帯の厚みの比率を６７％以上とすることを特徴とする［１］に記載の鋼の薄肉鋳片の製造方法。
０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］ ・・・（１）
本発明による薄肉鋳片は、少なくとも６７％以上の等軸晶率を有するので、鋳造時に破断なく安定して巻き取ることができる。さらに、等軸晶率が６７％を超えた高い値を有するので、鋳造時に柱状晶粒界割れが生じたり、冷間圧延時にエッジ割れや破断が生じたりすることがなく、品質に優れている。
双ロール式連続鋳造方法をはじめとして、単ロール式連続鋳造方法、双ベルト式連続鋳造方法、単ベルト式連続鋳造方法などで鋳造した厚さ１０ｍｍ以下の薄肉鋳片は、製造時の溶鋼の冷却速度が大きいため、通常の鋳造より柱状晶が発達しやすい。薄肉鋳片を破断なく安定して巻き取るために、鋳片全厚みの６７％以上を等軸晶帯とするためには、従来技術以上に凝固核生成サイトを増やすことが必要である。以下、双ロール式連続鋳造方法を例にとって説明を行う。
なお、本発明では、凝固初晶がδ－Ｆｅである成分組成の鋼（以下「δ凝固鋼」ともいう。）を対象とする。一般的な炭素鋼であれば、［Ｃ］≦０．５３％の場合がδ凝固鋼である。ステンレス鋼など合金元素が多い場合は、鋼成分に応じてδ凝固するか否かが決まる。状態図や、状態図計算ソフトを用いて判断することができる。
まず、凝固核生成サイトは、鋳造工程より前に、溶鋼中に生成する介在物を活用する。特許文献２に記載される、２５０ｍｍ厚以上の鋳片と異なり、薄肉鋳片では溶存元素の偏析が不十分なため、鋳片厚み中心付近においても、凝固中の新たなＲＥＭ介在物の生成が困難なためである。
一方、溶鋼中に既に分布している介在物について、双ロール式連続鋳造では、鋳造ロール間の溶鋼プールにおける溶鋼滞留時間が短いため、凝集合体が進行しにくい。そのため、多数の介在物が分散した溶鋼を鋳造することができる。数十ｍｍ厚以上の鋳造を対象とする固定鋳型振動式連続鋳造方法では、鋳型内で凝集合体が進行、浮上するため、鋳型内溶鋼の介在物数は、双ロール式連続鋳造方法よりも少ない。このような双ロール式連続鋳造方法の特徴を活かして、δ－Ｆｅの接種核として有効な多数の介在物が分散した溶鋼を鋳造すれば、これら介在物を等軸晶生成核として等軸晶化を促進することができる。凝固開始前の溶鋼中にあらかじめ凝固核生成サイトが分散してあれば溶存元素の偏析は不要であり、さらに、鋳片厚み中心付近ではなく、極力表層に近い部位から等軸晶化することが可能である。
課題は、凝固核生成サイトとして有効な介在物を、溶鋼中に従来技術以上に多数、分散させる手段である。そこで、δ－Ｆｅの接種核として知られているＭｇＯとＲＥＭ2Ｏ3の作用を再検討した。
両者がδ－Ｆｅの接種核として有効な理由は、結晶格子定数が、δ－Ｆｅ（結晶構造はｂｃｃ）の値と近く、格子整合性が良好なためである。ただし、接種核としての効果には差があり、ＭｇＯの接種核能は相対的に低いことが知られている（非特許文献１）。格子整合性以外の要因が影響していると推定されるが詳細は不明である。これが、特許文献４において、最大等軸晶率が５０％未満に留まる一因と考えられる。しかし、ＭｇＯは溶鋼中に多数分散することが知られている。
一方、ＲＥＭ2Ｏ3はδ－Ｆｅに対する接種核能が高い（非特許文献２）。しかし、溶鋼中の流動によって凝集合体が進行し易いので溶鋼中の個数密度が低下し易い。
このようなＭｇＯとＲＥＭ2Ｏ3との溶鋼中の分散挙動の違いは、Ｍｇは蒸気圧が高く、溶鋼に添加したＭｇは直ちに気泡になるので、その際に生じる強力な溶鋼撹拌により極めて短時間でＭｇＯが分散するためと推定される。
ここで、ＭｇＯとＲＥＭ2Ｏ3の格子整合性に着目した。それぞれδ－Ｆｅと格子整合性が良好であるから、ＭｇＯとＲＥＭ2Ｏ3の間の格子整合性も良好である。両者の結晶格子定数（室温における値を使用。線膨張を未考慮なため厳密にはδ－Ｆｅ凝固温度における値と異なるが概算は可能。）から格子整合性を概算すると、約８．７％で１０％以下であるので、両者の格子整合性は良好である。（ＲＥＭ2Ｏ3：ｈｃｐ構造、格子定数ａ＝３．８９１ｎｍ、ＭｇＯ：ＮａＣｌ構造、ａ＝４．２１１ｎｍ。ＲＥＭ2Ｏ3の（０００１）面とＭｇＯの（１１０）面を重ね合わせて算出。）したがって、ＭｇＯはＲＥＭ2Ｏ3の接種核として有効と考えられる。
また、Ａｌ脱酸時は、ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3（ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3のモル比が１：１の複合酸化物）や、ＲＥＭ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3（ＲＥＭ2Ｏ3とＡｌ2Ｏ3のモル比が１：１の複合酸化物）が生成する場合があるが、同様に格子整合性を計算すると、ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3の（１００）面とＲＥＭ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3の（１００）面の重ね合わせの場合に約７％、ＲＥＭ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3の（１００）面とδ－Ｆｅの（１００）面の場合も約７％と計算される。したがって、ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3はＲＥＭ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3の接種核として有効であり、ＲＥＭ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3はδ－Ｆｅの接種核として有効である。（以後、ＭｇＯとＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3をＭｇ含有酸化物、ＲＥＭ2Ｏ3とＲＥＭ2Ｏ3・Ａｌ2Ｏ3をＲＥＭ含有酸化物と記載する場合がある。）
そこで、溶鋼中にＭｇＯを多数分散させてＲＥＭ2Ｏ3の接種核とすることで、δ－Ｆｅに対する接種核能が高いＲＥＭ2Ｏ3の溶鋼中の分散個数を増加させることを着想した。まず、Ｍｇを添加して溶鋼中に多数のＭｇＯを生成、分散させた後に、ＲＥＭを添加することによって、ＭｇＯを接種核として多数のＲＥＭ2Ｏ3を分散させる。ＲＥＭ添加後にＭｇ添加しても本発明の効果は得られない。このようにすれば、ＭｇＯを生成させずにＲＥＭ2Ｏ3を生成する場合よりも、著しく多数分散できる。この技術思想を基に本発明を構成した。
（対象鋼種）
ＲＥＭ2Ｏ3がδ－Ｆｅに対する接種核として作用するのはδ－Ｆｅとの格子整合性が良いためである。したがって本発明は、凝固初晶としてδ－Ｆｅが含まれる成分系（δ凝固鋼）を対象とする。一般的な炭素鋼であれば、［Ｃ］≦０．５３％の場合がδ凝固鋼である。ステンレス鋼など合金元素が多い場合は、鋼成分に応じてδ凝固鋼であるか否かが決まる。凝固初晶にδ－Ｆｅが含まれるかは、状態図、あるいは計算状態図により知ることができる。例えばＣｒを１１質量％以上含む、主相がオーステナイト相からなるステンレス鋼は、δ凝固鋼ではない。
ＲＥＭ2Ｏ3がδ－Ｆｅに対する接種核として作用するのはδ－Ｆｅとの格子整合性が良いためである。したがって本発明は、凝固初晶としてδ－Ｆｅが含まれる成分系（δ凝固鋼）を対象とする。一般的な炭素鋼であれば、［Ｃ］≦０．５３％の場合がδ凝固鋼である。ステンレス鋼など合金元素が多い場合は、鋼成分に応じてδ凝固鋼であるか否かが決まる。凝固初晶にδ－Ｆｅが含まれるかは、状態図、あるいは計算状態図により知ることができる。例えばＣｒを１１質量％以上含む、主相がオーステナイト相からなるステンレス鋼は、δ凝固鋼ではない。
（Ｍｇの作用、濃度）
Ｍｇは、ＲＥＭ2Ｏ3の接種核としてのＭｇＯを溶鋼中に生成するために添加する。ＭｇＯが溶鋼中に多数生成し分散する結果、多数のＲＥＭ2Ｏ3を溶鋼中に分散させることができる。ＭｇＯを生成するために、下限値０．０００１％以上を含有するように添加する必要がある。一方、上限値０．００３０％を超えて含有するように添加しても、多量に核生成したＭｇＯが凝集合体するので、ＭｇＯの個数密度は逆に減少する。このため、Ｍｇ濃度の上限値は０．００３０％とする。なお、本発明で記載するＭｇ濃度、［Ｍｇ］は溶存Ｍｇと、介在物（主にＭｇＯ）を形成しているＭｇを合計した全Ｍｇ濃度である。
Ｍｇは、ＲＥＭ2Ｏ3の接種核としてのＭｇＯを溶鋼中に生成するために添加する。ＭｇＯが溶鋼中に多数生成し分散する結果、多数のＲＥＭ2Ｏ3を溶鋼中に分散させることができる。ＭｇＯを生成するために、下限値０．０００１％以上を含有するように添加する必要がある。一方、上限値０．００３０％を超えて含有するように添加しても、多量に核生成したＭｇＯが凝集合体するので、ＭｇＯの個数密度は逆に減少する。このため、Ｍｇ濃度の上限値は０．００３０％とする。なお、本発明で記載するＭｇ濃度、［Ｍｇ］は溶存Ｍｇと、介在物（主にＭｇＯ）を形成しているＭｇを合計した全Ｍｇ濃度である。
Ｍｇは強脱酸元素であり、通常、溶鋼にＭｇ添加すればＭｇＯが生成するので、Ｍｇ添加前の溶鋼の酸素量を管理することは不要である。好ましくはＭｇ添加前の溶鋼中の溶存酸素が０．０００５％以上、さらに好ましくは０．００１０％以上であると良い。通常の鋼の溶製方法を用いることにより、上記好ましい条件を実現することができる。なお、Ｔ．［Ｏ］値で管理する場合は、溶存酸素量に加え、酸化物に含有される酸素量を含む量なので、上記溶存酸素量よりも高い値となる。
Ｍｇの添加形態として、金属Ｍｇ，Ｆｅ－Ｍｇ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｇ合金、Ｎｉ－Ｍｇ合金、Ｍｇ2Ｓｉ合金等の、塊状、粒状、粉末、あるいは鉄製細管に粉末を充填したＭｇワイヤー等を適用することができる。
（ＲＥＭの作用、濃度）
ＲＥＭは、δ－Ｆｅの接種核として作用するＲＥＭ2Ｏ3を生成するために添加する。ここでＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ）は希土類元素を意味し、スカンジウムＳｃ（原子番号２１）、イットリウムＹ（原子番号３９）およびランタノイド（原子番号５７のランタンから原子番号７１のルテシウムまでの１５元素）の１７元素の総称である。本実施形態に係る鋼材では、これらのうちから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含有する。一般的に、ＲＥＭとして、入手のし易さから、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）などから選ばれることが多い。
ＲＥＭは、δ－Ｆｅの接種核として作用するＲＥＭ2Ｏ3を生成するために添加する。ここでＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌ）は希土類元素を意味し、スカンジウムＳｃ（原子番号２１）、イットリウムＹ（原子番号３９）およびランタノイド（原子番号５７のランタンから原子番号７１のルテシウムまでの１５元素）の１７元素の総称である。本実施形態に係る鋼材では、これらのうちから選ばれる少なくとも１種以上の元素を含有する。一般的に、ＲＥＭとして、入手のし易さから、Ｃｅ（セリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｒ（プラセオジム）などから選ばれることが多い。
（ＭｇとＲＥＭの添加方法）
本発明では、Ｍｇ添加後にＲＥＭを添加する。これにより、溶鋼中に既に生成し多数分散しているＭｇＯを接種核として、ＲＥＭ2Ｏ3が多数生成する。このようにして多数分散したＲＥＭ2Ｏ3を接種核としてδ－Ｆｅが多数、核生成するので、高い鋳片等軸晶率が得られる。ＲＥＭ2Ｏ3を生成するために、ＲＥＭ濃度、［ＲＥＭ］は下限値０．０００１％以上が必要である。一方、ＲＥＭ量増加に伴い、ＲＥＭ2Ｏ3の凝集合体が進行し個数密度が飽和するので、上限値０．０３００％を超えて添加しても鋳片等軸晶率が飽和する。さらに、粗大化したＲＥＭ2Ｏ3が製品表面疵やノズル閉塞の原因となる。そのため上限値を０．０３００％とする。好ましくは０．０１００％未満、さらに好ましくは０．００５０％未満である。なお、本発明で記載するＲＥＭ濃度、［ＲＥＭ］は溶存ＲＥＭと、介在物（主にＲＥＭ2Ｏ3）を形成しているＲＥＭを合計した全ＲＥＭ濃度である。
本発明では、Ｍｇ添加後にＲＥＭを添加する。これにより、溶鋼中に既に生成し多数分散しているＭｇＯを接種核として、ＲＥＭ2Ｏ3が多数生成する。このようにして多数分散したＲＥＭ2Ｏ3を接種核としてδ－Ｆｅが多数、核生成するので、高い鋳片等軸晶率が得られる。ＲＥＭ2Ｏ3を生成するために、ＲＥＭ濃度、［ＲＥＭ］は下限値０．０００１％以上が必要である。一方、ＲＥＭ量増加に伴い、ＲＥＭ2Ｏ3の凝集合体が進行し個数密度が飽和するので、上限値０．０３００％を超えて添加しても鋳片等軸晶率が飽和する。さらに、粗大化したＲＥＭ2Ｏ3が製品表面疵やノズル閉塞の原因となる。そのため上限値を０．０３００％とする。好ましくは０．０１００％未満、さらに好ましくは０．００５０％未満である。なお、本発明で記載するＲＥＭ濃度、［ＲＥＭ］は溶存ＲＥＭと、介在物（主にＲＥＭ2Ｏ3）を形成しているＲＥＭを合計した全ＲＥＭ濃度である。
ＲＥＭ2Ｏ3はＭｇＯより効果が優れたδ－Ｆｅ等軸晶生成核であるが、高価であり、溶鋼中で凝集合体して粗大化し易い。本発明は、安価で、溶鋼中で微細に分散しやすいＭｇＯを核としてその表層がＲＥＭ2Ｏ3で被覆された介在物を用いることで、ＲＥＭ添加量を低減しつつ、δ－Ｆｅを初晶とする等軸晶を板厚の２／３以上の領域に多量に生成させることを可能にした。
ＲＥＭは強脱酸元素なので、ＲＥＭを添加すればＲＥＭ2Ｏ3が生成するので、通常、ＲＥＭ添加前の溶鋼の酸素量を管理することは不要である。好ましくはＲＥＭ添加前の溶鋼中の溶存酸素が０．０００５％以上、さらに好ましくは０．００１０％以上であると良い。通常の鋼の溶製方法を用いることにより、上記好ましい条件を実現することができる。Ｔ．［Ｏ］値で管理する場合は、溶存酸素量に加え、酸化物に含有される酸素量を含むので、上記溶存酸素量よりも高い値となる。
ＲＥＭの添加方法としては、例えば、Ｆｅ－Ｓｉ－ＲＥＭ合金や、上記元素の混合物であるミッシュメタルとして添加することが広く行われている。ミッシュメタルとは希土類元素の混合物であり、主成分はＣｅ、Ｌａ、Ｎｄ、およびＰｒである。具体的には、Ｃｅを４０～５０％程度、Ｌａを２０～４０％程度含有することが多い。例えば、Ｃｅ４５％、Ｌａ３５％、Ｎｄ９％、Ｐｒ６％、他不純物からなるミッシュメタルなどが入手できる。本実施形態に係る鋼材では、鋼材に含有されるこれら希土類元素の合計量を、ＲＥＭ含有量とする。なお、本実施形態では、ミッシュメタルの平均原子量が約１４０であるので、ＲＥＭの原子量を１４０としている。
（式（１）の規定理由）０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］…（１）
Ｍｇ添加後に溶鋼全体にわたってＲＥＭ2Ｏ3を生成するために、０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］を満たす量のＲＥＭを添加する必要がある。この値は、ＭｇとＲＥＭの脱酸力を比較し、ＭｇＯを還元するために必要なＲＥＭ量から求めたものである。式（１）右辺が０．４３未満ではＲＥＭ2Ｏ3が生成しないか、もしくはＲＥＭ合金を添加した直後にＲＥＭ高濃度域が生じた一部領域に限ってＲＥＭ2Ｏ3が生じるにとどまるので、溶鋼全体にＲＥＭ2Ｏ3を生成できない。
Ｍｇ添加後に溶鋼全体にわたってＲＥＭ2Ｏ3を生成するために、０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］を満たす量のＲＥＭを添加する必要がある。この値は、ＭｇとＲＥＭの脱酸力を比較し、ＭｇＯを還元するために必要なＲＥＭ量から求めたものである。式（１）右辺が０．４３未満ではＲＥＭ2Ｏ3が生成しないか、もしくはＲＥＭ合金を添加した直後にＲＥＭ高濃度域が生じた一部領域に限ってＲＥＭ2Ｏ3が生じるにとどまるので、溶鋼全体にＲＥＭ2Ｏ3を生成できない。
（接種核介在物の個数密度）
鋳片の表層側ほど柱状晶が発達しやすく、内部は相対的に等軸晶が発達しやすいため、少なくとも片側鋳片表層からの距離が１／６厚で等軸晶化するための条件を満たせば、それより内部は等軸晶化するので、鋳片全厚に対する等軸晶率は６７％以上を確保できる。そこで、本発明では、片側鋳片表層からの距離が１／６厚の、鋳片表層に平行な面において、δ－Ｆｅの等軸晶化に有効な接種核としての介在物のサイズ、個数密度、および組成を規定する。サイズと個数密度については、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下である介在物が５０個／ｍｍ2以上分布している必要がある。サイズが大きなものほど、δ－Ｆｅの接種核としての効果は高い。最大長さ１μｍ未満のものは、１μｍ以上のものよりも一般に個数は多いが、接種核としての作用は小さい。そのため、最大長さ１μｍ以上で規定する。一方、最大長さ５μｍを超える介在物は個数が少なく、鋳片の等軸晶率に与える効果は小さいうえ、製品疵や割れ等の原因となるので好ましくないため、規定範囲から除外する。
鋳片の表層側ほど柱状晶が発達しやすく、内部は相対的に等軸晶が発達しやすいため、少なくとも片側鋳片表層からの距離が１／６厚で等軸晶化するための条件を満たせば、それより内部は等軸晶化するので、鋳片全厚に対する等軸晶率は６７％以上を確保できる。そこで、本発明では、片側鋳片表層からの距離が１／６厚の、鋳片表層に平行な面において、δ－Ｆｅの等軸晶化に有効な接種核としての介在物のサイズ、個数密度、および組成を規定する。サイズと個数密度については、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下である介在物が５０個／ｍｍ2以上分布している必要がある。サイズが大きなものほど、δ－Ｆｅの接種核としての効果は高い。最大長さ１μｍ未満のものは、１μｍ以上のものよりも一般に個数は多いが、接種核としての作用は小さい。そのため、最大長さ１μｍ以上で規定する。一方、最大長さ５μｍを超える介在物は個数が少なく、鋳片の等軸晶率に与える効果は小さいうえ、製品疵や割れ等の原因となるので好ましくないため、規定範囲から除外する。
（接種核介在物の組成に関する、式（２）、（３）、（４）の規定理由）
そして、介在物の平均組成は、
（Ａｌ2Ｏ3）＋（ＲＥＭ2Ｏ3）＋（ＭｇＯ）≧７５ ・・・（２）
を満たす必要がある。（Ａｌ2Ｏ3）、（ＲＥＭ2Ｏ3）、（ＭｇＯ）は介在物中の組成を質量％で表した値である。個々の介在物の組成にばらつきがあるほか、それぞれの介在物の観察断面に現れた組成が均一ではなく、必ずしも全体の平均組成でない場合もある。そのため、式（２）左辺は鋳片介在物の平均組成で規定する。介在物の平均組成を算出するためには、少なくとも１０個以上の介在物について、観察断面における組成分布を分析し、各介在物の断面内における平均組成を算出し、次いで選択した１０個以上の介在物の平均組成を分析することが好ましい。分析においては、介在物中のＡｌ、ＲＥＭ、Ｍｇ元素の含有量を分析し、それら元素が上記式（２）左辺の酸化物を形成しているものとして当該酸化物の含有量を算出する。鋼中のＲＥＭ量が多い場合、ＲＥＭやＭｇに比べるとＡｌは脱酸力（酸化物生成力）が弱いので、Ａｌ2Ｏ3が還元される場合もあり得るので、（Ａｌ2Ｏ3）は０％の場合があり得る。式（２）の値が７５％未満の場合として、例えばＣａＯを２５％以上含有すると、溶鋼中で液相介在物となる可能性が考えられるが、液相介在物はδ－Ｆｅの接種核として作用しない。そのため、７５％を下限値とする。
そして、介在物の平均組成は、
（Ａｌ2Ｏ3）＋（ＲＥＭ2Ｏ3）＋（ＭｇＯ）≧７５ ・・・（２）
を満たす必要がある。（Ａｌ2Ｏ3）、（ＲＥＭ2Ｏ3）、（ＭｇＯ）は介在物中の組成を質量％で表した値である。個々の介在物の組成にばらつきがあるほか、それぞれの介在物の観察断面に現れた組成が均一ではなく、必ずしも全体の平均組成でない場合もある。そのため、式（２）左辺は鋳片介在物の平均組成で規定する。介在物の平均組成を算出するためには、少なくとも１０個以上の介在物について、観察断面における組成分布を分析し、各介在物の断面内における平均組成を算出し、次いで選択した１０個以上の介在物の平均組成を分析することが好ましい。分析においては、介在物中のＡｌ、ＲＥＭ、Ｍｇ元素の含有量を分析し、それら元素が上記式（２）左辺の酸化物を形成しているものとして当該酸化物の含有量を算出する。鋼中のＲＥＭ量が多い場合、ＲＥＭやＭｇに比べるとＡｌは脱酸力（酸化物生成力）が弱いので、Ａｌ2Ｏ3が還元される場合もあり得るので、（Ａｌ2Ｏ3）は０％の場合があり得る。式（２）の値が７５％未満の場合として、例えばＣａＯを２５％以上含有すると、溶鋼中で液相介在物となる可能性が考えられるが、液相介在物はδ－Ｆｅの接種核として作用しない。そのため、７５％を下限値とする。
本発明の技術思想は、溶鋼中に予め微細分散させたＭｇＯを接種核としてＲＥＭ2Ｏ3の核生成を促進し微細分散させることであるので、（ＭｇＯ）＞０であることが必要である。
（ＭｇＯ）＞０ ・・・（３）
そして、式（３）とともに、ＭｇＯを核としてＲＥＭ2Ｏ3が生成した後の介在物組成が式（４）を満たすことが好ましい。
０．０３≦（ＲＥＭ2Ｏ3）／（ＭｇＯ）≦１００ ・・・（４）
式（４）の下限、０．０３は、ＭｇＯやその周囲を覆っているＲＥＭ2Ｏ3を球状と仮定し、ＭｇＯの密度：３．６５ｇ／ｃｍ3、ＲＥＭ2Ｏ3の密度：７．０ｇ／ｃｍ3を用いて、介在物全体を覆っているＲＥＭ2Ｏ3の厚みを算出すると、半径の０．５％の厚みで覆っている場合の質量比に相当する。ＲＥＭ2Ｏ3がＭｇＯのかなりの表面を被覆している場合の目安になっていると考えられる。式（４）が上限、１００を超えると、ＲＥＭ添加によりＭｇＯがほぼ全て還元されていることを示す。この場合、ＭｇＯによるＲＥＭ2Ｏ3の核生成を促進する効果が著しく消失するので、本発明の効果がほとんど得られない。
（ＭｇＯ）＞０ ・・・（３）
そして、式（３）とともに、ＭｇＯを核としてＲＥＭ2Ｏ3が生成した後の介在物組成が式（４）を満たすことが好ましい。
０．０３≦（ＲＥＭ2Ｏ3）／（ＭｇＯ）≦１００ ・・・（４）
式（４）の下限、０．０３は、ＭｇＯやその周囲を覆っているＲＥＭ2Ｏ3を球状と仮定し、ＭｇＯの密度：３．６５ｇ／ｃｍ3、ＲＥＭ2Ｏ3の密度：７．０ｇ／ｃｍ3を用いて、介在物全体を覆っているＲＥＭ2Ｏ3の厚みを算出すると、半径の０．５％の厚みで覆っている場合の質量比に相当する。ＲＥＭ2Ｏ3がＭｇＯのかなりの表面を被覆している場合の目安になっていると考えられる。式（４）が上限、１００を超えると、ＲＥＭ添加によりＭｇＯがほぼ全て還元されていることを示す。この場合、ＭｇＯによるＲＥＭ2Ｏ3の核生成を促進する効果が著しく消失するので、本発明の効果がほとんど得られない。
（ＭｇとＲＥＭの添加順序）
本発明の技術思想は、溶鋼中に微細に分散したＭｇＯを接種核としてＲＥＭ2Ｏ3の生成を促進することにより、多数のＲＥＭ2Ｏ3を分散させることである。したがって前述のとおり、Ｍｇ添加後にＲＥＭを添加する。ＲＥＭを先に添加してから、Ｍｇを添加しても効果はない。そして、ＭｇＯを溶鋼中に均一分散させるために、Ｍｇ添加後に３分以上、溶鋼を撹拌することが好ましい。
本発明の技術思想は、溶鋼中に微細に分散したＭｇＯを接種核としてＲＥＭ2Ｏ3の生成を促進することにより、多数のＲＥＭ2Ｏ3を分散させることである。したがって前述のとおり、Ｍｇ添加後にＲＥＭを添加する。ＲＥＭを先に添加してから、Ｍｇを添加しても効果はない。そして、ＭｇＯを溶鋼中に均一分散させるために、Ｍｇ添加後に３分以上、溶鋼を撹拌することが好ましい。
（介在物の構造の特徴）
次に、ＭｇとＲＥＭの添加順序に応じて形成される介在物構造の特徴を説明する。
次に、ＭｇとＲＥＭの添加順序に応じて形成される介在物構造の特徴を説明する。
本発明では、ＭｇＯを核としてＲＥＭ2Ｏ3が生成するので、介在物の断面を観察すると、核となったＭｇＯ領域の周囲を、ＲＥＭ2Ｏ3が被覆する構造をとる。しかし、必ずしも介在物全体の中心にＭｇＯがあるとは限らない。そこで、核となったＭｇＯ領域を区別するために、まず、個別の介在物の断面における組成分布を分析し、介在物の断面全体の平均ＭｇＯ濃度を算出して（ＭｇＯ)Mと置く。当該介在物の断面において、ＭｇＯ濃度が（ＭｇＯ)Mの２倍以上である領域（ａ）と、２倍未満の領域（ｂ）とに区分する。この測定のためには、例えば、ＳＥＭに付属するＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）を用いて元素分布を測定し元素マップを作成すれば良い。領域（ａ）と領域（ｂ）を区分する際、断面全体平均ＭｇＯ濃度（（ＭｇＯ)M）の２倍の値を閾値として二値化処理を行なっても良い。領域（ａ）が核となったＭｇＯ領域に相当し、領域（ｂ）がＲＥＭ2Ｏ3領域に、ほぼ相当する。
図１に、介在物断面における領域（ａ）と領域（ｂ）の関係を模式図として示している。領域（ａ）の生成後に領域（ｂ）が生成するので、領域（ａ）は領域（ｂ）に被覆されることになる（図１（Ａ）参照）が、必ずしも全周長が被覆されるとは限らない（図１（Ｂ）（Ｃ）参照）。さらに観察断面によっては、全周長が被覆されていない断面が現れることもある。そこで、本発明では、領域（ａ）が領域（ｂ）に被覆されている基準を、観察断面における領域（ａ）の周長の１／２以上が領域（ｂ）に被覆されていることとする。図１（Ａ）は領域（ａ）の全周長が領域（ｂ）に被覆されており、図１（Ｂ）は領域（ａ）の周長の１／２以上が被覆されており、図１（Ｃ）は領域（ａ）が領域（ｂ）に被覆されている割合が周長の１／２未満の場合である。周長の測定、および周長の１／２以上が領域（ｂ）に被覆されているか否かの判断には、写真上で測定するほか、画像処理ソフトを用いることができる。観察断面によって、領域（ａ）が複数現れる場合がある。図１（Ｄ）～（Ｅ）模式図では、２つの領域（ａ１）（ａ２）、図１（Ｆ）では３つの領域（ａ１）（ａ２）（ａ３）がある。この場合には、図１（Ｄ）のように領域（ａ１）（ａ２）のいずれも領域（ｂ）に被覆されているか、あるいは領域（ａ１）（ａ２）のうち最大面積の領域（図１（Ｅ）では領域（ａ２）、（Ｆ）では領域（ａ１））について周長の１／２以上が領域（ｂ）に被覆されていれば良い。図１（Ｅ）（Ｆ）については、最大面積の領域（ａ）において、領域（ｂ）に被覆されている割合が周長の１／２未満の場合であり、好適条件から外れている。
少なくとも１０個の、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下である介在物を任意に選び、上記の基準で、領域（ａ）の周長の１／２以上が領域（ｂ）に被覆されている介在物の個数が、任意に選んだ介在物個数の半数以上を占めていることを特徴とする。
本発明の効果を確認するため、表１に示す成分の溶鋼を溶製し、図２に示す双ロール式連続鋳造装置にて薄肉鋳片を製造した。表１のＮｏ．１～１８、Ｎｏ．２１～２５はいずれも凝固初晶がδ－Ｆｅであるδ凝固鋼であり、表１の「凝固初晶」欄に「δ」と記した。Ｎｏ．１～１２、２１～２５は中Ｍｎ鋼（５．５％Ｍｎ鋼）、Ｎｏ．１４、１５はＳｉ鋼、Ｎｏ．１６はＰ含有鋼、Ｎｏ．１７はＣｕＳｎ含有鋼、Ｎｏ．１８は高Ａｌ鋼である。いずれも、脆性材料、難熱延材であり、薄肉鋳片の連続鋳造で製造できれば効果を発揮する品種である。Ｎｏ．２６は、比較のため、凝固初晶がオーステナイト（γ－Ｆｅ）である０．８％Ｃ鋼を用ており、表１の「凝固初晶」欄に「γ」と記した。
まず、転炉で脱炭処理してＣ濃度を調整してから、溶鋼を取鍋に収容して二次精錬し、ＭｇとＲＥＭ以外の成分を調整した。そして、取鍋上から溶鋼中にＭｇをＭｇワイヤーで添加し、その後４分間、Ａｒバブリングして溶鋼を撹拌した。最後に取鍋上から溶鋼中にＲＥＭをミッシュメタルで添加し、取鍋底部からＡｒバブリングして溶鋼を撹拌した。なお、比較のため、一部の例では、Ａｒバブリング時間を変えたり、ＭｇとＲＥＭの添加順序を変更した。表１において、「添加順*1」は、「順」がＭｇ→ＲＥＭの順番で添加し、「逆」がＲＥＭ→Ｍｇの順番で添加している。また「攪拌時間（分）*2」は、Ｍｇ添加後ＲＥＭ添加までの攪拌時間（分）を意味する。比較例Ｎｏ．２２はＲＥＭ添加後Ｍｇ添加までの時間である。表１に示す成分は、全元素濃度（質量％表示）であり、溶存元素濃度と、介在物を形成している元素濃度の合計値である。表１、表２において、本発明範囲から外れる数値に下線を付している。
このようにして溶製した溶鋼を、以下に示した共通条件で図２に示す双ロール式連続鋳造装置にて鋳造し、平均２ｍｍ厚の薄肉鋳片を製造した。図２において、タンディッシュ１に収容した溶鋼８を、タンディッシュ底部のノズル２を介して、１対の鋳造ロール４とサイド堰５で囲まれた溶鋼プール中に注入する。ノズル２はフィルター３を内蔵している。鋳造ロール４を回転することにより、薄肉鋳片９を製造する。
（薄肉鋳片の製造方法の共通条件）
鋳造ロールの直径：１２００ｍｍ
鋳造幅：８００ｍｍ
鋳造厚み：平均２．０ｍｍ
鋳造速度：平均５０ｍ／ｍｉｎ
鋳造雰囲気：Ａｒ＋Ｎ2
鋳造量：１０トン
湯面レベル弧角：４０ｄｅｇ
タンディッシュ内溶鋼の過熱度：液相線温度（平居の式から計算）を基準に２０～４０℃
鋳造ロールの直径：１２００ｍｍ
鋳造幅：８００ｍｍ
鋳造厚み：平均２．０ｍｍ
鋳造速度：平均５０ｍ／ｍｉｎ
鋳造雰囲気：Ａｒ＋Ｎ2
鋳造量：１０トン
湯面レベル弧角：４０ｄｅｇ
タンディッシュ内溶鋼の過熱度：液相線温度（平居の式から計算）を基準に２０～４０℃
（鋳片巻取り時の破断有無、割れの評価）
鋳片をコイラーに巻き取る際の破断の有無を記した。破断せず巻き取ることができた鋳片は、室温まで冷却した後にコイラーからほどき、定常部１ｍを採取、酸洗し、巻取り時の横割れ長さを目視で測定した。結果は、鋳片１ｍ当たりの表・裏面の横割れの合計長（ｃｍ）で表した。
鋳片をコイラーに巻き取る際の破断の有無を記した。破断せず巻き取ることができた鋳片は、室温まで冷却した後にコイラーからほどき、定常部１ｍを採取、酸洗し、巻取り時の横割れ長さを目視で測定した。結果は、鋳片１ｍ当たりの表・裏面の横割れの合計長（ｃｍ）で表した。
（薄肉鋳片の等軸晶率）
得られた薄肉鋳片の１／４幅、１／２幅、３／４幅位置の断面の凝固組織を観察し、各位置の（等軸晶厚み）／（鋳片全厚み）×１００（％）を算出し、３ヶ所の平均値を代表値とした。
得られた薄肉鋳片の１／４幅、１／２幅、３／４幅位置の断面の凝固組織を観察し、各位置の（等軸晶厚み）／（鋳片全厚み）×１００（％）を算出し、３ヶ所の平均値を代表値とした。
（薄肉鋳片の介在物個数密度）
鋳片表層から１／６厚部の、表層に平行な断面を、光学顕微鏡により倍率１０００倍で６０視野観察し、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物個数を測定した。結果を個数密度（個／ｍｍ2）で表した。光学顕微鏡でなく、ＳＥＭで測定しても良い。
鋳片表層から１／６厚部の、表層に平行な断面を、光学顕微鏡により倍率１０００倍で６０視野観察し、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物個数を測定した。結果を個数密度（個／ｍｍ2）で表した。光学顕微鏡でなく、ＳＥＭで測定しても良い。
（薄肉鋳片の介在物の平均組成）
鋳片表層から１／６厚部の、表層に平行な断面において、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物１０個をランダムに選択し、各介在物の断面全体の平均組成をＳＥＭに付属したＥＤＳ装置（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いて分析し、１０個の平均組成を求めた。検出元素のうち、脱酸元素のＡｌ、Ｍｇ、ＲＥＭ、ＣａをそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＲＥＭ2Ｏ3、ＣａＯに換算し、これら酸化物と、介在物中に含まれるＳの合計質量に対する割合を算出して、それぞれの組成の質量％を実施例の表１に示すように、例えば（％ＲＥＭ2Ｏ3）や（％Ｓ）とした。
鋳片表層から１／６厚部の、表層に平行な断面において、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物１０個をランダムに選択し、各介在物の断面全体の平均組成をＳＥＭに付属したＥＤＳ装置（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いて分析し、１０個の平均組成を求めた。検出元素のうち、脱酸元素のＡｌ、Ｍｇ、ＲＥＭ、ＣａをそれぞれＡｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＲＥＭ2Ｏ3、ＣａＯに換算し、これら酸化物と、介在物中に含まれるＳの合計質量に対する割合を算出して、それぞれの組成の質量％を実施例の表１に示すように、例えば（％ＲＥＭ2Ｏ3）や（％Ｓ）とした。
各介在物の組成として、例えば介在物中心部の組成で代表させるのではなく、介在物の断面全体の平均組成を測定したのは、組成が均一な介在物だけでなく、Ａｌ2Ｏ3－ＭｇＯ系酸化物の周囲にＲＥＭ2Ｏ3系酸化物が生成している場合のように、複数の相が混合している場合が多いためである。このような介在物の平均組成は、介在物全断面をＥＤＳ分析範囲に含めて分析すれば求めることができる。あるいは、それぞれの介在物相ごとに、点分析を行い、ＳＥＭ像から求まるそれぞれの相の面積率を乗じて平均組成を算出しても良い。
（介在物の構造）
鋳片表層から１／６厚部の、表層に平行な断面において、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物１０個をランダムに選択し、各介在物の断面のＭｇＯ濃度分布を測定し、ＭｇＯ濃度分布を示すマップを作成した。各介在物の断面全体の平均ＭｇＯ濃度の２倍以上の領域（ａ）と２倍未満の領域（ｂ）とに区分し、領域（ａ）が単一の場合はその領域の周長の１／２以上が、複数ある場合はそのうちの最大面積の領域の周長の１／２以上が、領域（ｂ）に被覆されている介在物個数を数えた。
鋳片表層から１／６厚部の、表層に平行な断面において、最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物１０個をランダムに選択し、各介在物の断面のＭｇＯ濃度分布を測定し、ＭｇＯ濃度分布を示すマップを作成した。各介在物の断面全体の平均ＭｇＯ濃度の２倍以上の領域（ａ）と２倍未満の領域（ｂ）とに区分し、領域（ａ）が単一の場合はその領域の周長の１／２以上が、複数ある場合はそのうちの最大面積の領域の周長の１／２以上が、領域（ｂ）に被覆されている介在物個数を数えた。
得られた結果を表２に示す。
表２において、Ｎｏ．１～１８は、本発明の実施例である。いずれも、表層から１／６厚部の介在物個数は５０個／ｍｍ2以上であり、等軸晶率は６７％以上であった。介在物の内部の領域（ａ）が領域（ｂ）に被覆されている個数は半数以上を占めていた。その結果、鋳片巻取り時の破断は無く、巻取り鋳片１ｍあたりの割れ長さ合計長は１０ｃｍ以下であった。
表２において、Ｎｏ．１～１８は、本発明の実施例である。いずれも、表層から１／６厚部の介在物個数は５０個／ｍｍ2以上であり、等軸晶率は６７％以上であった。介在物の内部の領域（ａ）が領域（ｂ）に被覆されている個数は半数以上を占めていた。その結果、鋳片巻取り時の破断は無く、巻取り鋳片１ｍあたりの割れ長さ合計長は１０ｃｍ以下であった。
Ｎｏ．１～１２は、凝固初晶がδ－Ｆｅである中Ｍｎ鋼（５．５％Ｍｎ鋼）を用いて、条件を様々に変更した例である。このうち、Ｎｏ．１１はＭｇ添加後の撹拌時間が１．５分（３分未満）の場合、Ｎｏ．１２はＭｇ添加後の撹拌時間が４．５分（３分以上）の場合である。Ｎｏ．１２はＭｇ添加後に３分以上撹拌しているので、ＭｇＯを溶鋼中に均一に分散できた結果、Ｎｏ．１１と比べて、１／６厚部の介在物個数が多く、等軸晶率を高くできた。
Ｎｏ．１３～１８は、５．５％Ｍｎ鋼以外の、凝固初晶がδ－Ｆｅである鋼種について、本発明を適用した例である。
Ｎｏ．２１～２６は比較例であり、このうちＮｏ．２１～２５は中Ｍｎ鋼（５．５％Ｍｎ鋼）を用いた例である。
Ｎｏ．２１はＭｇ添加せず、ＲＥＭのみを添加した例である。ＲＥＭ添加前の溶鋼中に、微細分散したＭｇＯが無かったため、ＲＥＭ2Ｏ3の生成個数が少なく、鋳片の１／６厚部の最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物個数は５０個／ｍｍ2未満であった。その結果、等軸晶率は４２％と低く、巻取り時に破断が発生し、巻取り鋳片１ｍあたりの割れ合計長は１０ｃｍを超えた。Ｍｇを添加しなかったため、ノイズレベル以上のＭｇは検出されなかった。したがって、ＭｇＯ分布領域は観察されなかった。
Ｎｏ．２１はＭｇ添加せず、ＲＥＭのみを添加した例である。ＲＥＭ添加前の溶鋼中に、微細分散したＭｇＯが無かったため、ＲＥＭ2Ｏ3の生成個数が少なく、鋳片の１／６厚部の最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物個数は５０個／ｍｍ2未満であった。その結果、等軸晶率は４２％と低く、巻取り時に破断が発生し、巻取り鋳片１ｍあたりの割れ合計長は１０ｃｍを超えた。Ｍｇを添加しなかったため、ノイズレベル以上のＭｇは検出されなかった。したがって、ＭｇＯ分布領域は観察されなかった。
Ｎｏ．２２は、ＲＥＭを添加してからＭｇを添加した例である。Ｎｏ．２１と同様にＲＥＭ添加前の溶鋼中にＭｇＯが無かったため、ＲＥＭ2Ｏ3の生成個数が少なく、さらにＭｇ添加後に生成したＭｇＯは１μｍ未満の微細なものが多かったため、鋳片の１／６厚部における最大長さが１μｍ以上５μｍ以下の介在物個数は５０個／ｍｍ2未満であった。その結果、等軸晶率は６７％未満であり、巻取り時に破断が発生し、巻取り鋳片１ｍあたりの割れ合計長は１０ｃｍを超えた。ＲＥＭ添加後にＭｇ添加したため、ＲＥＭ2Ｏ3を核にＭｇＯが生成した。そのため、ＭｇＯ濃度が高い領域（ａ）は介在物の外周に多く、領域（ｂ）に被覆されたものは１０％に過ぎなかった。
Ｎｏ．２３は、Ｍｇを上限を超えて過剰に添加した例である。大量に生成したＭｇＯが凝集合体して個数が減ったため、そのＭｇＯを核として生成したＲＥＭ2Ｏ3の個数も少なく、鋳片１／６厚部の介在物個数は５０個／ｍｍ2未満であった。その結果、等軸晶率は６７％未満であり、巻取り時に破断が発生し、巻取り鋳片１ｍあたりの割れ合計長は１０ｃｍを超えた。
Ｎｏ．２４は（１）式の値が下限より小さかったため、ＲＥＭ2Ｏ3が生成せず、ＲＥＭ2Ｏ3よりもδ－Ｆｅに対する接種核効果が低いＭｇＯ含有介在物だけであり、（４）式を満たさなかった。そのため、鋳片１／６厚部の介在物個数は５０個／ｍｍ2を超えたが、等軸晶率は６７％未満であった。その結果、巻取り時に破断が発生し、巻取り鋳片１ｍあたりの割れ合計長は１０ｃｍを超えた。（１）式が下限を下回ったためＲＥＭ2Ｏ3が生成しなかったので、領域（ａ）が領域（ｂ）に被覆された介在物割合は０％であった。
Ｎｏ．２５は、鋳片１／６厚部の介在物個数は５０個／ｍｍ2を超えたが、Ｃａを多量添加したため、介在物の平均組成から計算される（２）式が下限値の７５を下回り満たされなかったため、等軸晶率は６７％未満であった。その結果、巻取り時に破断が発生し、巻取り鋳片１ｍあたりの割れ合計長は１０ｃｍを超えた。液相介在物となったため、ＭｇＯが介在物内で拡散し、ＭｇＯ濃度が高い領域（ａ）が外周に達したものが多かった。その結果、領域（ａ）が領域（ｂ）に被覆された介在物割合は３０％であった。
Ｎｏ．２６は、凝固初晶がγ－Ｆｅである０．８％Ｃ鋼に本発明を適用した例である。ＲＥＭ2Ｏ3はγ－Ｆｅとの結晶格子整合性は良好でないため、γ－Ｆｅの接種核としては有効ではない。そのため、等軸晶率は６７％未満であり、巻取り時の破断、および巻取り鋳片１ｍあたり合計１０ｃｍを超える割れが発生した。
１ タンディッシュ
２ ノズル
３ フィルター
４ 鋳造ロール
５ サイド堰
８ 溶鋼
９ 薄肉鋳片
２ ノズル
３ フィルター
４ 鋳造ロール
５ サイド堰
８ 溶鋼
９ 薄肉鋳片
Claims (2)
- 凝固初晶がδ－Ｆｅである成分組成を有し、厚さが１０ｍｍ以下である薄肉鋳片であって、
Ｍｇ：０．０００１～０．００３０％、
ＲＥＭ：０．０００１～０．０３００％
を下記（１）式を満たすように含有し、
鋳片表層から１／６厚部の表層と平行な断面において、
最大長さが１μｍ以上５μｍ以下である介在物が５０個／ｍｍ 2 以上分布しており、
前記介在物の平均組成（質量％）が下記（２）式～（４）式を満たし、
前記介在物の少なくとも１０個を任意に選び、個別の介在物の断面全体の平均ＭｇＯ含有率（ＭｇＯ) M を測定し、
当該介在物の（ＭｇＯ) M の２倍以上である領域（ａ）と、２倍未満の領域（ｂ）とに区分し、領域（ａ）が単一の場合はその領域の周長の１／２以上が、複数ある場合はそのうちの最大面積の領域の周長の１／２以上が、領域（ｂ）に被覆されている介在物の個数が、任意に選んだ前記介在物個数の半数以上を占めており、
鋳片厚みに対する等軸晶帯の厚みの比率が６７％以上であることを特徴とする鋼の薄肉鋳片。
０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］ ・・・（１）
上式で、［元素記号］は当該元素の鋼中含有量（質量％）を意味する。
（Ａｌ 2 Ｏ 3 ）＋（ＲＥＭ 2 Ｏ 3 ）＋（ＭｇＯ）≧７５ ・・・（２）
（ＭｇＯ）＞０ ・・・（３）
０．０３≦（ＲＥＭ 2 Ｏ 3 ）／（ＭｇＯ）≦１００ ・・・（４） - 凝固初晶がδ－Ｆｅである成分組成を有する薄肉鋳片を双ロール式連続鋳造する際に、
溶鋼中にＭｇを添加した後にＲＥＭを添加し、
Ｍｇ：０．０００１～０．００１５％、
ＲＥＭ：０．０００１～０．０３００％
を（１）式を満たすように含有させ、
鋳片厚みに対する等軸晶帯の厚みの比率を６７％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の鋼の薄肉鋳片の製造方法。
０．４３≦［ＲＥＭ］／［Ｍｇ］ ・・・（１）
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