「Ｍｎ偏析を利用する組織制御の可能性」

超鉄鋼研究センター　冶金グループ　鳥塚史郎

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　連続鋳造スラブでは、２次デンドライトアーム間にＭｎの高濃度部分が存在します。このＭｎのミクロ偏析は、1200℃の再加熱によっても消滅することはありません。これは、オーステナイト（-Fe）中のＭｎの拡散が遅いためです。
スラブが圧延されることよって、このＭｎミクロ偏析は圧延面に平行なバンド状（Ｍｎバンド）になり、圧下率とともに近接してゆきます。また、Ｍｎバンドでは相が比較的安定であり、から(フェライト相)変態後はパーライトバンドになります。

　私たちは、このＭｎのバンド状偏析が、から変態生成するの粒径にどのような影響を与えるのかを調べてきました。その背景として、近年、ミニミル、すなわち、薄スラブ（50-100mm）を用いた直送圧延プロセスが、熱延鋼板の新製造プロセスとして注目されていることがあげられます。

本プロセスは、熱延鋼板の低コスト製造プロセスとして魅力的です。しかし、材質の作り込みを考えた場合問題も予想されます。例えば、薄スラブであるため再結晶または未再結晶域で十分な圧下がとれないため、比較的粗大なないしパンケーキ状から変態によって粒組織が生成することになるわけですが、均一・微細組織生成には不利です。

したがって、不可避的に存在するＭｎバンドがの均一・微細化に効果があるとしたら、工業的に価値が高いと思われます。

　われわれは、0.1C-0.16Si-0.58Mn(mass%)の組成の連続鋳造スラブから切り出した顕著なＭｎバンドを持つ材料をそのまま素材としたもの(a) と1350℃でＭｎを拡散処理しＭｎバンドがない素材(b) を準備し、加工熱処理後の粒径を比較することによって、その効果を検討しました。加工熱処理条件は、粒径を20-160ミクロンとし、未再結晶域である1093Kで、ひずみを2（圧下率で８５％相当）まで与えました。

その結果、Ｍｎバンドのある素材(a)はないもの(b)に比べ、ひずみによらず、微細な粒が得られることがわかりました（図１）。

例えば、Ｍｎバンドがない材料(b)をひずみ２まで加工した場合の得られた粒径は９ミクロンですが、Ｍｎバンドがある場合(a)は７ミクロンです。
　その機構を考察いたします。粒界は変態におけるα核最優先析出サイトです。我々は過去、圧延によってパンケーキ状となった粒界の間隔THγが生成する粒の大きさ（厚さに）直接影響を与えることを報告してきました。

粒の厚さをTHとすると、おおよそ

　　　　　　　　　　（１）

という関係が得られています1)。これは、生成した粒が、直近の粒界からすでに生成している粒を浸食して成長することができないことを示しています。
すなわち、での成長をブロックすることを意味します。

　Ｍｎバンドは、パンケーキ状の粒界と平行に存在しています。このＭｎバンドは、そのの安定性から、生成・成長する粒をブロックする効果を持つことが予想されます。粒界厚さ（間隔）THγとＭｎバンド間隔Ｌを等価なものとみなして、両者をあわせた平均間隔(ES; effective spacing)を求めると以下の式のように表すことができます。

　　　　　　　　　（２）

このESを用いると、Ｍｎバンドの有無やひずみ、粒径によって変化していた粒径がおおよそ１本のバンドで整理できることがわかりました2)。このことは、Ｍｎバンドが結果的には粒界と等価な作用をもって、微細化に寄与したものと考えることができます。

　以上、Ｍｎバンドを利用した組織制御の可能性を述べてきましたが、凝固組織制御と加工熱処理をつなぐひとつの方法であり、今後も凝固からの組織制御と位置づけ、研究を深めてゆきたいと考えております。

参考文献

1） 鳥塚史郎、長井寿 : パンケーキオーステナイト厚さと生成する粒界フェライト 厚さの関係 , 鉄と鋼, 88 (2002), 148-154.

2） T. Yamashita, S. Torizuka and K. Nagai : Effect of manganese segregation on fine-grained ferrite structure in low-carbon steel slabs, ISIJ International, 43 (2003) , 1833-1841.