JP2001026812A - 溶鋼用脱酸合金 - Google Patents

溶鋼用脱酸合金

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JP2001026812A
JP2001026812A JP11202638A JP20263899A JP2001026812A JP 2001026812 A JP2001026812 A JP 2001026812A JP 11202638 A JP11202638 A JP 11202638A JP 20263899 A JP20263899 A JP 20263899A JP 2001026812 A JP2001026812 A JP 2001026812A
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Toshiaki Mizoguchi
利明 溝口
Yoshiyuki Uejima
良之 上島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は溶鋼脱酸時に脱酸生成物毎に均一な
組成を有し、かつ破砕性の良い脱酸生成物を鋼中に微細
分散できて、介在物性欠陥の少ない鋼材を、煩雑な脱酸
工程を経ることなく、効率的に得ることができる優れた
溶鋼用脱酸合金を提供する。 【解決手段】 重量%で金属元素の合計が100%以下で、
Fe:20〜90%、Ti+Al ≧9.5%、および不可避的不純物か
らなり、Ti/Al重量比で1〜40の条件を満足することを
特徴とする溶鋼用脱酸合金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼用脱酸合金に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶鋼用脱酸合金として(1) Alによる脱
酸、(2) Tiによる脱酸(特公昭48-29005)、(3) Al脱
酸、TiあるいはTi合金脱酸後のCa添加による複合脱酸・
介在物形態制御(特公昭63-41671)、(4) Caおよび/ま
たはMg-Si-希土類金属-Ti-Al合金による脱酸・介在物形
態制御(特開平10-176213)、(5)Al-TiあるいはAl-Ti-Si
-Mn合金による脱酸・介在物形態制御(特公昭55-1854
4、特公昭55-18545)などが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとき、脱酸合
金のうち、(1) あるいは(2) の合金による脱酸では、脱
酸で生成する酸化物系介在物(アルミナあるいはチタニ
ア)がクラスターを形成し、溶鋼との見かけ比重差が小
さく浮上分離し難くなるため、鋼中に 500μm以上の介
在物が残留し、冷延時のスリバー疵や深絞り時の割れや
ピンホール等の製品の表面欠陥や内部欠陥は発生しやす
いという問題があった。さらに、これらの介在物は連続
鋳造時に浸漬ノズル内壁に付着・堆積し、閉塞を引き起
こすことが知られている。
【0004】これらの問題を解決するために、発明され
たのが前記(3) 〜(5) における脱酸合金による介在物形
態制御であるが、一般的にこのように合金を数回に分け
て添加する逐次脱酸法では均一な介在物形態制御は困難
(介在物組成のバラツキが大きい)で、精練時間が長く
なり操業上非効率的であるうえ、 100μm程度の介在物
が問題となる破胴やピンホール等の深絞り製缶時に発生
する欠陥については完全に防止できなかった。
【0005】本発明は、このような課題を有利に解決す
るためになされたものであり、薄鋼板、極薄鋼板、鋼
管、棒鋼、線材等の圧延鋼材において製品欠陥の原因と
なる粗大で高硬度の酸化物系介在物を、従来のような煩
雑な脱酸工程を経ることなく、鋼中の酸化物系介在物を
微細でかつ破砕性の良好な形態に制御して無害化するこ
とができる。さらに、浸漬ノズル閉塞による操業トラブ
ルの防止により、耐火物コスト低減、浸漬ノズル交換に
伴う生産性低下防止が可能となる。上記鋼材における介
在物起因の製品欠陥とは、例えば自動車、家電用途の薄
鋼板のスリバー欠陥、容器用の極薄鋼板の破胴やピンホ
ール欠陥、油井管用鋼管のUST 欠陥、線材におけるヘゲ
疵等である。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明の溶鋼用合金は、重量%で金属元素の
合計が100%以下で、Fe:20〜90%、Ti+Al ≧9.5%、およ
び不可避的不純物からなり、Ti/Al重量比で1〜40の条
件を満足することを特徴とするものである。また、溶鋼
の清浄性、脱酸時の介在物微細化、および圧延時の破砕
性を向上させるために、必要に応じ、重量%で、Ca、M
g、Si、Mn、Zr、Cr、希土類金属の1種あるいは2種以
上を50%未満の範囲で含有させることもできる。また、
溶鋼清浄性をさらに向上させるためには、重量%で、L
i、Na、K の1種あるいは2種以上のアルカリ金属、お
よび/またはBe、Sr、Baの1種あるいは2種以上のアル
カリ土類金属を合計で20%以下の範囲で含有させるとよ
い。また、上記合金元素の蒸気圧を高め、歩留を低下さ
せるV 、Nb、Ta、Mo、W の不純物元素は1種あるいは2
種以上の含有量の合計で5%以下とすることが好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態を示す。本発明でいう溶鋼用脱酸合金とは、鋼板、鋼
管、形鋼、棒鋼、線材など圧延鋼材を製造するに際し、
溶鋼を脱酸し、脱酸生成物を微細でかつ良破砕性を有す
る酸化物系介在物に形態制御するために開発されたもの
であり、重量%で金属元素の合計が100%以下で、Fe:20
〜90%、Ti+Al ≧9.5%、および不可避的不純物からな
り、Ti/Al重量比で1〜40の条件を満足することを特徴
とする。
【0008】Feの含有量を20〜90%としたのは、90%超
では添加する合金量が多くなり過ぎ、溶鋼温度の低下が
起こって鋳造が困難になったり、添加に時間がかかり生
産性に障害を与える。また、20%未満になるとFeの冷材
効果による溶鋼と合金の反応速度遅延効果が得られず、
結果として粗大化した脱酸生成物が生成する。
【0009】TiとAlの含有量を合計で9.5%以上としたの
は、脱酸生成物の多結晶・微細化による圧延時の破砕性
を向上させるためであり、これ未満では、圧延時の破砕
による酸化物系介在物の微細化は期待できない。さら
に、脱酸生成物を低融点化させ、(1) 溶鋼段階での介在
物の合体・浮上・分離促進、(2) 連続鋳造時の浸漬ノズ
ル閉塞を防止させるためにはTi/Al重量比で1〜40とす
る必要がある。Ti/Al重量比が1未満ではアルミナが、
40超ではチタン酸化物(TiO x ) が生成する。アルミナ
とチタン酸化物はクラスターを形成しやすいため、上記
脱酸生成物の低融点化による溶鋼清浄性向上、および浸
漬ノズル閉塞防止効果は期待できない。
【0010】Ca、Mg、Si、Mn、Zr、Cr、希土類金属は、
いずれの元素ともにTiOx-Al2O3系脱酸生成物と複合酸化
物を生成し、脱酸生成物をさらに低融点・多結晶化およ
び/または微細化させ、溶鋼の清浄性と破砕性を向上さ
せる。上記金属元素の1種あるいは2種以上の含有量を
合計で50%未満としたのは、これ以上では介在物が低融
点化しすぎ、圧延方向に伸延される(すなわち圧延方向
に介在物が粗大化)ため、これが製品欠陥に繋がること
があるからである。Ca、Mg、希土類金属は強脱酸元素で
あるため、TiOx-Al2O3系脱酸生成物を還元し、脱酸生成
物の一層の微細化を可能とするが、これらの元素は溶鋼
中への歩留まりが悪く、大量の使用は製造コストの増加
を招くため、欠陥防止に必要な介在物サイズとの兼ね合
いで使用するのが好ましい。脱酸生成物の微細化効果を
確実に得るためには上記金属元素の1種あるいは2種以
上の含有量を合計で0.1%以上にするのが望ましい。
【0011】Li、Na、K のアルカリ金属、および/また
はBe、Sr、Baアルカリ土類金属は、いずれの元素ともに
TiOx-Al2O3系脱酸生成物と複合酸化物を生成し、脱酸生
成物をさらに低融点化させ、介在物の合体・浮上・分離
促進による溶鋼清浄性を向上させる。上記金属元素の1
種あるいは2種以上の含有量を合計で20%以下としたの
は、20%超では介在物が低融点化しすぎ、圧延方向に伸
延される(すなわち圧延方向に介在物が粗大化)ため、
これが製品欠陥に繋がることがあるからである。脱酸生
成物の合体・浮上・分離促進による溶鋼清浄性向上効果
を確実に得るためには上記金属元素の1種あるいは2種
以上の含有量を合計で0.1%以上にするのが望ましい。
【0012】上記のごとき、溶鋼用脱酸合金に不純物元
素として、V 、Nb、Ta、Mo、W の1種または2種以上の
含有量を合計で5%以下にすることが好ましい。5%を超え
ると、前記合金元素と不純物元素の原子間での反発が起
きて、蒸気圧が高くなり歩留まり低下、TiOx-Al2O3系脱
酸生成物の微細分散化等の目的とする効果が得られ難く
なることがあり好ましくない。
【0013】このような合金は一般的な誘導溶解炉や通
電加熱炉を使ってAr雰囲気下で電解鉄あるいはFeTi合金
を先ず溶解し、この溶湯中に目標の合金組成となるよう
に合金元素を金属あるいは合金の状態で添加後、金型内
で冷却することによって製造できる。蒸気圧が高いCaや
Mg等の金属元素を含む脱酸合金を溶製する場合は、溶湯
表面をフラックスで覆うことにより歩留まりを向上させ
ることができる。この際、溶解原料の選択、溶解時のる
つぼまたは耐火物あるいはフラックス等からの不純物元
素の混入を抑制・防止することによって、上記不純物元
素の合計を確実に5%以下にすることができる。
【0014】このような脱酸合金は塊状、粒状、粉体等
に成形して、例えば酸素上吹転炉等の製鋼炉によって精
練した後、取鍋に出鋼した溶鋼中へ添加して脱酸処理す
る。また、精練後の溶鋼を連続鋳造するに際し、タンデ
ィッシュ内の溶鋼中へ添加して脱酸処理することができ
る。このように前記脱酸合金を溶鋼中へ添加する方法と
しては、例えば脱酸合金を溶鋼中へ直接添加するか、ま
たは脱酸合金を鉄で被覆したワイヤーを注入するワイヤ
ーフィード法等によって添加することができる。
【0015】
【実施例】高周波誘導溶解炉を使ってAr雰囲気下で30kg
の鋼を溶解し(溶鋼温度1600〜1630℃)、表1〜4に示
すとおりの成分に調整後、脱酸用合金を溶鋼中へ直接添
加した。添加10分後金型へ注入して鋳造し、鋳片を得
た。冷却後、鋳片を加熱炉で1000℃に加熱し、5mm厚ま
で熱間圧延を施した。鋳片底部20mm上方からサンプルを
採取し、鋳片中のTi、Al濃度と介在物形態(主成分、形
状、個数、最大径)を調査した。更に圧延後の鋼板の圧
延方向に平行な断面を観察し、介在物の破砕性を調査し
た。
【0016】脱酸用合金の成分、合金添加量およびはTi
とAlの歩留まりは表5〜8に示すとおりであり、また、
鋳片中の介在物形態(主成分、形状、個数、最大径)、
圧延時の破砕性は表9〜12に示すとおりである。合金
成分中各元素の濃度値の空欄箇所は0.1%未満である。な
お、脱酸用合金には塊状または粒状のものを使用した。
【0017】表9〜12の鋳片中介在物形態と圧延時の
破砕性は以下のように決めた。介在物主成分は、鋳片か
ら切り出した鏡面研磨後の鋼材表面の介在物を EDX付SE
M (500 倍)で成分同定した。さらに、検出された副成
分については、特性X線ピークの積分強度から含有量を
求めた。また、介在物形状はSEM による2次電子像から
決めた。介在物個数は光学顕微鏡で 500倍の倍率で 500
視野を測定して、0.1 μm(円相当径)以上の介在物個
数の合計とした。また、測定視野中の最大介在物径を最
大径(円相当径)とした。圧延時の破砕性は圧延鋼板の
圧延方向に平行な断面の厚み方向の局部位置(表裏面下
0.1mm 、1/8t、1/4t、3/8t、1/2t、5/8t、3/4t、7/8t、
但し、tは厚み)を光学顕微鏡で観察し、介在物の存在
する部分の光学顕微鏡写真(400 倍、局部位置毎に50視
野)から決めた。
【0018】なお、表1〜表12における*1 〜*3 の
意味は以下のとおりである。 *1: ○ :歩留まり30%以上、△ :20以上30未満%、
× :0以上20未満%。 *2: S :球形、IR :不定形、CR :クラスター状。
このうち球形介在物は溶鋼中で介在物が液体であったこ
とを示しており、連続鋳造時には浸漬ノズル内壁に付着
・凝集しないため、ノズル閉塞も発生しない。 *3: ○ :良好、△ :若干破砕、× :伸延あるいは破
砕せず。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】(表1のつづき)
【0021】
【表3】(表2のつづき)
【0022】
【表4】(表3のつづき)
【0023】
【表5】
【0024】
【表6】(表5のつづき)
【0025】
【表7】(表6のつづき)
【0026】
【表8】(表7のつづき)
【0027】
【表9】
【0028】
【表10】(表9のつづき)
【0029】
【表11】(表10のつづき)
【0030】
【表12】(表11のつづき)
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、溶鋼脱酸時に脱酸生成
物毎に均一な組成を有し、かつ破砕性の良い脱酸生成物
を鋼中に微細分散できて、介在物性欠陥の少ない鋼材を
得ることができる。さらに、数回に分けて合金を添加す
る必要がなくなるため、短時間での精練が可能になり、
作業負荷低減と製造コスト低減に繋がる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で金属元素の合計が100%以下で、
    Fe:20〜90%、Ti+Al ≧9.5%、および不可避的不純物か
    らなり、Ti/Al重量比で1〜40の条件を満足することを
    特徴とする溶鋼用脱酸合金。
  2. 【請求項2】 重量%で、Ca、Mg、Si、Mn、Zr、Cr、希
    土類金属の1種あるいは2種以上の含有量を50%未満に
    したことを特徴とする請求項1に記載の溶鋼用脱酸合
    金。
  3. 【請求項3】 重量%で、Li、Na、K の1種あるいは2
    種以上のアルカリ金属、および/またはBe、Sr、Baの1
    種あるいは2種以上のアルカリ土類金属の含有量を合計
    で20%以下にしたことを特徴とする請求項1または2に
    記載の溶鋼用脱酸合金。
  4. 【請求項4】 重量%で、不純物元素としてV 、Nb、T
    a、Mo、W の1種あるいは2種以上の含有量を合計で5%
    以下にしたことを特徴とする請求項1または2または3
    に記載の溶鋼用脱酸合金。
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