JP2002194497A

JP2002194497A - Ｓｉ脱酸鋼とその製造方法

Info

Publication number: JP2002194497A
Application number: JP2000388652A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nishi; 隆之西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｓｉ脱酸鋼中の全酸素濃度を１５ppm以下に
低減できるＳｉ脱酸鋼の製造方法とこの方法を使用して
製造されたＳｉ脱酸鋼を提供する。【解決手段】（１）鋼中に質量％で［Ｓｉ］：０．０
５〜４．０％、［Ａｌ］：０．００３０％以下、［Ｃ
ａ］：０．０００２％以下、［Ｍｇ］：０．０００２％
以下、［Ｔｉ］：０．００１０％以下、［Ｚｒ］：０．
０００１％以下、および［ＲＥＭ］：０．０００５％以
下、Ｔ［Ｏ］：０．００１５％以下含有する。（２）溶
鋼中にＳｉを０．０５〜４．０質量％含有させてスラグ
精錬によってＳｉ脱酸鋼を製造する方法であって、前記
スラグ精錬の際に使用するスラグがＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌ
ｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂の一種以上を合計濃度で１０質量％
以下含有し、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質量
比）：２．０以下、Ａｌ₂Ｏ₃濃度：１０質量％以下、Ｍ
ｇＯ濃度：２０質量％以下、ＦｅＯとＭｎＯとの合計濃
度：８質量％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼中の全酸素濃度
を極めて低く低減できるＳｉ脱酸鋼とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉ脱酸鋼は、Ｓｉが鋼材としての必要
成分であると同時に、溶鋼中での酸素との親和力が大き
く鋼を脱酸する機能を有することから、広く用いられて
いる。一般にＳｉ脱酸鋼の鋼中のＳｉ濃度はＡｌ脱酸鋼
のＡｌ濃度に対して数倍ないし数十倍高いが、鋼中の全
酸素濃度はＡｌ脱酸鋼よりも高くなる。

【０００３】一方、Ａｌ脱酸鋼は、脱酸速度が大きく到
達する全酸素濃度も低く、かつＡｌ添加量で制御できる
という特徴を有するが、全酸素濃度として検出される酸
素は、酸化物系介在物となって残留しているものが大部
分であり、高い加工性や疲労特性、結晶粒制御や表面性
状を要求される清浄鋼では、Ｓｉ脱酸鋼が使用されてき
た。

【０００４】Ｓｉ脱酸鋼は、全酸素濃度が高いものが多
い。しかし、検出される酸素は、酸化物系介在物を形成
するものと、溶存している状態のもの、または後の熱処
理等で微細酸化物として析出するものとが、それぞれ大
略半分程度である。

【０００５】前者の酸化物系介在物については、上述の
鋼質に悪影響を及ぼさないような組成・形態に調整す
る、いわゆる介在物形態制御を行うことにより無害化を
図ることが一般的である。しかしながら、このような介
在物形態制御を行うには、溶鋼組成、スラグ組成、精錬
温度およびそれを実現する精錬プロセスが開発・適用さ
れており、さらなる鋼質の向上には新たな着想に基づく
介在物の低減と組成・形態を制御する方法が望まれてい
た。

【０００６】後者の溶存酸素は、後の熱処理等の工程で
析出する可能性があるため、低い方が望ましかった。そ
のため、Ｓｉ脱酸にはスラグと溶鋼との反応を利用して
全酸素濃度を下げることが必要となり、取鍋スラグの組
成制御がより積極的に行われる。すなわち、転炉等の製
鋼炉より出鋼される段階でＳｉを添加して溶鋼の脱酸の
みならずスラグ中の低級酸化物を還元したり、取鍋に流
出するスラグを低減したり、あるいは媒溶剤として生石
灰、ドロマイト、珪砂、蛍石等を添加するなどの方法に
より取鍋スラグ組成の制御が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
で得られた鋼中の全酸素濃度は比較的高く、介在物を十
分低減できる技術ではなかった。

【０００８】すなわち、Ｓｉ脱酸鋼ではスラグ精錬を行
っても、なお除去できる酸素濃度には限界があり、これ
を下げるためは鋼中に強脱酸元素であるＡｌ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ等を意
味する。以下ＲＥＭと略記し、濃度は左記元素の合計
（質量％）で表す）を微量ではあっても添加制御または
スラグ精錬によって制御する必要があった。

【０００９】また、全酸素濃度に寄与する酸化物系介在
物を加工性や疲労特性といった鋼質に悪影響を及ぼさな
いように延性組成に制御するには、精錬段階で溶鋼組成
やスラグ組成を調整して鋼中の酸素濃度を上げるような
操作が必要となり、結果として全酸素濃度は０．００１
５質量％を上回ることになり、鋼の低酸素化には限界が
あった。

【００１０】本発明の目的は、Ｓｉ脱酸鋼中の全酸素濃
度を０．００１５質量％（以下、１５質量ppmまたは単
に１５ppmともいう）以下に低減できるＳｉ脱酸鋼とそ
の製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】Ｓｉ脱酸鋼で従来にない
清浄性を得るためには、鋼中に強脱酸元素であるＡｌ、
Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、およびＲＥＭが一定濃度以下
の可及的少量しか含まれない状態で全酸素濃度を減少さ
せることが可能となれば、酸化物系介在物量を低減で
き、しかも溶存酸素量も低減が可能となり、介在物形態
制御も行うことができる。

【００１２】本発明者は、以上の着想を基に、Ｓｉ脱酸
鋼中の全酸素濃度を１５ppm以下に低減できる製造方法
を検討した結果、下記の知見を得た。（Ａ）溶鋼中のＳｉと酸素の親和力は、Ａｌと比較して
小さく目標の全酸素濃度まで低減するのは困難である。

【００１３】（Ｂ）しかし、Ｓｉ脱酸で生成する脱酸生
成物を複合酸化物として安定な状態にすることにより、
取鍋スラグ中のＳｉＯ₂活量を充分に低い状態にし、溶
鋼中の全酸素濃度を低下することができる。

【００１４】（Ｃ）Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯまたはＬｉ₂Ｏ等の
アルカリ金属酸化物は、強塩基性を示す成分であり、Ｓ
ｉＯ₂と容易に複合酸化物を形成しやすい性質を有し、
スラグ中にあってはＳｉＯ₂の活量を引き下げる成分と
しての機能を発揮する。

【００１５】またＺｒＯ₂は、それ自身は安定な酸化物
であるが、アルカリ金属の酸化物と同様にＳｉＯ₂との
複合酸化物を形成しやすい性質を有し、スラグ中にあっ
てはＳｉＯ₂の活量を引き下げる成分としての機能を発
揮する。

【００１６】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は、下記のとおりである。（１）鋼中に質量％で［Ｓｉ］：０．０５〜４．０％、
［Ａｌ］：０．００３０％以下、［Ｃａ］：０．０００
２％以下、［Ｍｇ］：０．０００２％以下、［Ｔｉ］：
０．００１０％以下、［Ｚｒ］：０．０００１％以下、
および［ＲＥＭ］：０．０００５％以下、Ｔ［Ｏ］：
０．００１５％以下含有することを特徴とする清浄性に
優れたＳｉ脱酸鋼。

【００１７】（２）溶鋼中にＳｉを０．０５〜４．０質
量％含有させてスラグ精錬によってＳｉ脱酸鋼を製造す
る方法であって、前記スラグ精錬の際に使用するスラグ
がＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂の一種以上を
合計濃度で１０質量％以下含有し、スラグ塩基度（Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ₂質量比）：２．０以下、Ａｌ₂Ｏ₃濃度：１
０質量％以下、ＭｇＯ濃度：２０質量％以下、ＦｅＯと
ＭｎＯとの合計濃度：８質量％以下であることを特徴と
するＳｉ脱酸鋼の製造方法。

【００１８】

【発明の実施の形態】［Ｓｉ］：０．２５質量％（以
下、単に％表示で質量％を示す）、［Ｃ］：０．７０〜
０．８０％含有する質量１５ｋｇの溶鋼を保持が可能で
あり、鋼中の全酸素濃度および微量の強脱酸元素濃度を
調整可能な試験装置にて実験を行った。全酸素濃度の調
整には、小型の試験装置で可能となる減圧下Ｃ脱酸処理
を行い、微量の強脱酸元素濃度の調整には、濃度が高い
領域では合金成分の添加量を調整し、低い領域では添加
した合金や耐火物からの汚染がないように配慮した。

【００１９】このようにして得られた鋼中の全酸素濃度
が低く、かつ強脱酸元素が調整されたＳｉ脱酸鋼は、１
３０mmφの丸鋳片を５．５mmφの丸棒まで圧延した。全
酸素濃度および清浄性と介在物の組成とを調査した。清
浄性は、圧延長手方向の幅１μｍ以上の介在物個数を１
６５mm²の視野内で計数し、その計数値Ｎと、同様の方
法で作成した全酸素濃度：２０〜３０ppmの従来試料の
計数平均値Ｎｏとの介在物個数比（Ｎ／Ｎｏ）を指標と
した。

【００２０】介在物組成は、清浄度を測定した試料中に
観察される幅１μｍ以上の介在物を無作為に２０個選
び、エネルギー分散型のＸ線マイクロアナライザーで分
析を行いその平均値から求めた。

【００２１】図１は、鋼中の全酸素濃度と介在物個数比
（Ｎ／Ｎｏ）との関係を示すグラフである。なお、この
試験における鋼の強脱酸元素濃度は、［Ａｌ］：０．０
００１〜０．０００９％、［Ｃａ］：０．００００５〜
０．０００１８％、［Ｍｇ］：０．０００１％以下、
［Ｔｉ］：０．０００１〜０．０００４％、［Ｚｒ］：
０．０００１％以下、［ＲＥＭ］：０．０００５％以下
であった。

【００２２】同図に示すように、鋼中の全酸素濃度が
０．００１５％未満となると、介在物個数比が減少す
る。この理由は、幅１μｍ以上の介在物量が減少したこ
と、および介在物の幅が１μｍ未満のより微細なものに
シフトしたこと、によるものと考えられる。幅１μｍ以
上の介在物個数が減少することにより、加工性の向上や
疲労特性の向上が期待できる。

【００２３】次に同じ試験装置にて以下の手順で実験を
行った。（１）［Ｓｉ］：０．２５％、［Ｃ］：０．７５％含有
する鋼を使用して、全酸素濃度が０．００１１〜０．０
０１３％になるようにあらかじめ調整した。（２）上記強脱酸元素をそれぞれ所定量添加して濃度を
調整したときの、介在物組成を調査した。なお、介在物
組成の調査は、強脱酸元素を添加後所定時間保定した後
の溶鋼をボンブサンプルにて汲み上げ採取したサンプル
を使用して行った。また、サンプル中の介在物の内で基
本組成がＳｉＯ₂からなる介在物を無作為に２０個選択
し、その介在物中の各元素濃度を分析しその平均値をも
とめ、その酸化物に換算して示した。Ｔｉの酸化物につ
いてはＴｉＯ₂に換算した。［ＲＥＭ］については、分
析をより確実に行えるように添加金属としてＣｅを用い
たが、その金属濃度を［ＲＥＭ］と表記している。一
方、この酸化物はＲｅ₂Ｏ₃と表記している。

【００２４】図２は、鋼中の［Ａｌ］濃度と介在物中の
Ａｌ₂Ｏ₃濃度との関係を示すグラフである。なお、エラ
ーバーは異常値を除いた最大値および最小値である（以
下の図３〜7も同様である）。

【００２５】同図に示すように、鋼中の［Ａｌ］濃度が
０．００３％以下では、介在物中のＡｌ₂Ｏ₃濃度が低
く、特に０．００１％以下ではＡｌ₂Ｏ₃濃度が顕著に低
い。一方、鋼中の［Ａｌ］濃度が０．００３％を超える
と、介在物中のＡｌ₂Ｏ₃濃度は平均値および最大値とも
著しく高くなる。

【００２６】図３は、鋼中の［Ｃａ］濃度と介在物中の
ＣａＯ濃度との関係を示すグラフである。同図に示すよ
うに、鋼中の［Ｃａ］濃度が０．０００２％以下では、
介在物中のＣａＯ濃度が低く、極端に高いＣａＯ濃度を
有するＳｉＯ₂系介在物は観察されない。一方、鋼中の
［Ｃａ］濃度が０．０００２％を超えると、介在物中の
ＣａＯ濃度が平均値および最大値ともに著しく高くな
る。

【００２７】図４は、鋼中の［Ｍｇ］濃度と介在物中の
ＭｇＯ濃度との関係を示すグラフである。同図に示すよ
うに、鋼中の［Ｍｇ］濃度が０．０００２％以下では、
介在物中のＭｇＯ濃度が低く、極端に高いＭｇＯ濃度を
有するＳｉＯ₂系介在物は観察されない。一方、鋼中の
［Ｍｇ］濃度が０．０００２％を超えると、介在物中Ｍ
ｇＯ濃度が平均値および最大値ともに著しく高くなる。

【００２８】図５は、鋼中の［Ｔｉ］濃度と介在物中の
ＴｉＯ₂濃度との関係を示すグラフである。同図に示す
ように、鋼中の［Ｔｉ］濃度が０．００１％以下では、
介在物中のＴｉＯ₂濃度が低く、極端に高いＴｉＯ₂濃度
を有するＳｉＯ₂系介在物は観察されない。一方、鋼中
の［Ｔｉ］濃度が０．００１％を超えると、介在物中の
ＴｉＯ₂濃度が平均値および最大値とも著しく高くな
る。

【００２９】図６は、鋼中の［Ｚｒ］濃度と介在物中の
ＺｒＯ₂濃度との関係を示すグラフである。同図に示す
ように、鋼中の［Ｚｒ］濃度が０．０００１％以下で
は、介在物中のＺｒＯ₂濃度が低く、極端に高いＺｒＯ₂
濃度を有するＳｉＯ₂系介在物は観察されない。一方、
鋼中の［Ｚｒ］濃度が０．０００１％を超えると、介在
物中のＺｒＯ₂濃度が平均値および最大値ともに著しく
高くなる。

【００３０】図７は、鋼中の［ＲＥＭ］濃度と介在物中
のＲｅ₂Ｏ₃濃度との関係を示すグラフである。同図に示
すように、鋼中の［ＲＥＭ］濃度が０．０００５％以下
では、介在物中のＲｅ₂Ｏ₃濃度が低く、極端に高いＲｅ
₂Ｏ₃濃度を有するＳｉＯ₂系介在物は観察されない。一
方、鋼中の［ＲＥＭ］濃度が０．０００５％を超える
と、介在物中のＲｅ₂Ｏ₃濃度は平均値および最大値とも
に著しく高くなる。

【００３１】次に鋼中の［Ｓｉ］濃度についてのべる。
［Ｃ］：０．７５％、［Ｍｎ］：０．５０％含有する鋼
を使用して、種々の鋼中の［Ｓｉ］濃度になるようにＳ
ｉ脱酸して鋼中の全酸素濃度（Ｔ［Ｏ］）が０．００１
１〜０．００１３％になるように、前記試験装置を用い
てサンプルを試作した。比較サンプルとして、鋼中の
［Ａｌ］濃度が０．００３１〜０．００３５％になるよ
うＡｌ添加し、Ｔ［Ｏ］が０．００１１〜０．００１３
％となるように同様に試作した。この両者の試作サンプ
ルの清浄度を比較した。清浄性は、上記サンプルを圧延
加工後に圧延長手方向の幅１μｍ以上の介在物個数を１
６５mm²の視野内で計数し、その計数値Ｎと、上記比較
サンプルを圧延加工後に同様に計数した計数平均値Ｎｏ
との介在物個数比（Ｎ／Ｎｏ）を指標とした。

【００３２】なお、この試験における鋼中の強脱酸元素
濃度は、［Ａｌ］：０．０００１〜０．０００９％、
［Ｃａ］：０．００００５〜０．０００１８％、［Ｍ
ｇ］：０．０００１％以下、［Ｔｉ］：０．０００１〜
０．０００４％、［Ｚｒ］：０．０００１％以下、［Ｒ
ＥＭ］：０．０００５％以下であった。

【００３３】図８は、鋼中の［Ｓｉ］濃度と介在物個数
比との関係を示すグラフである。同図に示すように、鋼
中に強脱酸元素として［Ａｌ］を含有する鋼と比較し
て、鋼中の［Ｓｉ］濃度が０．０５〜４．０％の広い範
囲に渡って、介在物個数比が１未満であり清浄性が良好
である。なお、鋼中の［Ｓｉ］濃度が０．０５％未満で
は、Ｓｉ脱酸が弱くなり、実質的にＳＩ脱酸とはいえな
い。

【００３４】また、［Ｓｉ］濃度が４．０％を超える
と、Ｓｉ脱酸の影響が強くなり、実質微量の強脱酸元素
の影響が少なくなる。鋼中の［Ｓｉ］濃度の好適範囲
は、０．１０〜２．０％である。

【００３５】鋼中の［Ｃ］濃度は、１．２％以下が望ま
しい。１．２％を超えるとＳｉ脱酸に影響するおそれが
ある。次に、１５ｋｇ溶鋼規模試験装置を使用して、鋼
中の全酸素濃度を低減させることを目的とした取鍋精錬
実験を下記の手順で行った。

【００３６】（１）溶鋼組成としてＣ：０．４５〜０．
５５％、Ｍｎ：０．４５〜０．５５％、全酸素：０．０
０３〜０．００５０％含有するＳｉ未添加鋼を１５２０
〜１５５０℃で溶解した。ここに種々の組成に配合した
フラックスを添加した後、さらに種々の量のＳｉをＦｅ
−Ｓｉ合金の形態で添加し、スラグ組成が溶鋼中の全酸
素濃度に及ぼす影響を調査した。

【００３７】（２）スラグ組成の基本成分はＣａＯ−Ｓ
ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−ＣａＦ₂であり、そこにＮａ
₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏをそれぞれの炭酸塩の試薬
で、ＺｒＯ₂を酸化物の試薬で配合した。

【００３８】図９は、スラグ中の（アルカリ金属酸化
物）の配合量と溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラ
フである。なお、基本スラグ組成は（ＣａＯ）：３３〜
４０％、（ＳｉＯ₂）：３３〜４０％、（Ａｌ₂Ｏ₃）：
２〜５％、（ＭｇＯ）：１２〜１５％、（ＣａＦ₂）：
２〜５％および不可避的に含まれる（ＦｅＯ）、（Ｍｎ
Ｏ）およびその他不純物である。

【００３９】また、このとき溶鋼中の［Ｓｉ］濃度は
０．１５〜０．１８％の範囲である。図９に示すよう
に、（Ｎａ₂Ｏ）、（Ｋ₂Ｏ）および（Ｌｉ₂Ｏ）の（ア
ルカリ金属酸化物）の配合量を増加させると溶鋼中の全
酸素濃度が無配合に比べて低減し、上記アルカリ金属酸
化物の合計濃度が１０％でその低減効果は飽和する。

【００４０】また、合計濃度が１０％を越えて配合する
と、スラグからの蒸発物が著しく増加することが観察さ
れ、蒸発により（アルカリ金属酸化物）濃度が減少し、
実験後の組成は配合量の１／２〜１／３まで減少した。

【００４１】図１０は、スラグ中の（ＺｒＯ₂）の配合
量と溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。
なお、基本スラグ組成は（ＣａＯ）：３３〜４０％、
（ＳｉＯ₂）：３３〜４０％、（Ａｌ₂Ｏ₃）：２〜５
％、（ＭｇＯ）：１２〜１５％、（ＣａＦ₂）：２〜５
％および不可避的に含まれる（ＦｅＯ）、（ＭｎＯ）お
よびその他不純物である。

【００４２】また、このときの溶鋼中の［Ｓｉ］濃度は
０．１５〜０．１８％の範囲である。図１０に示すよう
に、ＺｒＯ₂を添加すると溶鋼中の全酸素濃度は無配合
に比べて低減し、ほぼ１０％でその低減効果は飽和し
た。また１０％を越えて配合するとスラグの固化が観察
された。

【００４３】図１１は、スラグ中の（ＺｒＯ₂）配合量
をパラメータとしたスラグ中の（Ｎａ₂Ｏ）濃度と溶鋼
中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。なお、基
本スラグ組成は（ＣａＯ）：３３〜４０％、（Ｓｉ
Ｏ₂）：３３〜４０％、（Ａｌ₂Ｏ₃）：２〜５％、（Ｍ
ｇＯ）：１２〜１５％、（ＣａＦ₂）：２〜５％および
不可避的に含まれる（ＦｅＯ）、（ＭｎＯ）およびその
他不純物である。

【００４４】また、このときの溶鋼中の［Ｓｉ］濃度は
０．１５〜０．１８％の範囲である。図１１に示したよ
うに、（Ｎａ₂Ｏ）および（ＺｒＯ₂）の合計濃度が１０
％以下の領域で、（Ｎａ₂Ｏ）および（ＺｒＯ₂）の配合
量の増加にともない溶鋼中の全酸素濃度が低減した。

【００４５】また同図に示すように、（ＺｒＯ₂）の配
合量が多いほど、より溶鋼中の全酸素濃度が低くなっ
た。この結果から、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏの蒸
発損失を抑制しながらさらに溶鋼中の全酸素濃度を下げ
るには、ＺｒＯ₂との複合添加が有効であることがわか
った。

【００４６】次に、１５ｋｇ溶鋼規模試験装置を使用し
て、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂添加が有効
に機能する溶鋼中の［Ｓｉ］濃度を調査することを目的
とした取鍋精錬実験を下記の手順で行った。

【００４７】（１）溶鋼組成としてＣ：０．４５〜０．
５５％、Ｍｎ：０．４５〜０．５５％、全酸素：０．０
０３〜０．００５０％含有するＳｉ未添加鋼を１５２０
〜１５５０℃で溶解した。ここに種々の組成に配合した
フラックスを添加した後、さらに種々の量のＳｉをＦｅ
−Ｓｉ合金の形態で添加し、スラグ組成が溶鋼中の全酸
素濃度に及ぼす影響を調査した。

【００４８】（２）スラグ組成の基本成分はＣａＯ−Ｓ
ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−ＣａＦ₂であり、そこにＮａ
₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏをそれぞれの炭酸塩の試薬
で、ＺｒＯ₂を酸化物の試薬で配合した。

【００４９】図１２は、（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ
₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合
したスラグを使用または使用しないときの溶鋼中の［Ｓ
ｉ］濃度と溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラフで
ある。

【００５０】なお、スラグ組成は塩基度（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ₂質量比）：０．９〜０．９５、（Ａｌ₂Ｏ₃）：４〜
５％、（ＭｇＯ）：１０〜１２％、（ＣａＦ₂）：３
％、（ＦｅＯ）と（ＭｎＯ）の合計濃度：２〜３％の範
囲であった。

【００５１】図１２に示すように、（Ｎａ₂Ｏ）：５
％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ ₂）：１％になる
ように配合したスラグを使用した場合（●）は、これら
を配合しない場合（○）に比べて溶鋼中の［Ｓｉ］濃度
が４．０％以下で全酸素濃度の低減効果が顕在化し、溶
鋼中の［Ｓｉ］濃度が０．１〜１．５％の範囲でその低
減効果が顕著となった。

【００５２】一方、溶鋼中の［Ｓｉ］濃度が０．０５％
未満では、Ｓｉ脱酸そのものの効果が明確でなかった。
次に、１５ｋｇ溶鋼規模試験装置を使用して、Ｎａ
₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂の添加が有効に機能
するスラグ組成を調査することを目的とした取鍋精錬実
験を下記の手順で行った。

【００５３】（１）溶鋼組成としてＣ：０．６５〜０．
７５％、Ｍｎ：０．４０〜０．５０％、全酸素：０．０
０２５〜０．００４０％含有するＳｉ未添加鋼を１５２
０〜１５５０℃で溶解した。ここに種々の組成に配合し
たフラックスを添加した後、さらに種々の量のＳｉをＦ
ｅ−Ｓｉ合金の形態で添加し、スラグ組成が溶鋼中の全
酸素濃度に及ぼす影響を調査した。

【００５４】（２）スラグ組成の基本成分はＣａＯ−Ｓ
ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−ＣａＦ₂であり、そこにＮａ
₂Ｏ、Ｋ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏをそれぞれの炭酸塩の試薬
で、ＺｒＯ₂を酸化物の試薬で配合した。

【００５５】図１３は、（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ
₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合
したスラグを使用または使用しないときのスラグ塩基度
（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比）と溶鋼中の全酸素濃度との
関係を示すグラフである。

【００５６】なお、このときのスラグ組成は（Ａｌ
₂Ｏ₃）：４〜５％、（ＭｇＯ）：１０〜１２％、（Ｃａ
Ｆ₂）：３％、（ＦｅＯ）と（ＭｎＯ）との合計濃度：
２〜３％であり、溶鋼中の［Ｓｉ］濃度は０．１５〜
０．１８％の範囲であった。

【００５７】図１３に示すように、（Ｎａ₂Ｏ）：５
％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ ₂）：１％になる
ように配合したスラグを使用した場合（●）は、使用し
ない場合（○）に比べてスラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ
₂質量比）が２．０以下で全酸素濃度の低減効果が顕在
化し、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比）が低く
なるほどその低減効果が顕著になった。

【００５８】一方、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質
量比）が０．３５未満になるとルツボに使用したＭｇＯ
耐火物の溶損が激しくなるおそれがあり、０．３５以上
が好ましい。

【００５９】スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比）
のさらに望ましい範囲は０．５〜１．０の範囲である。
図１４は、（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％およ
び（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合したスラグを使
用または使用しないときのスラグ中の（Ａｌ₂Ｏ₃）濃度
と溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。

【００６０】なお、このときのスラグ組成はスラグ塩基
度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比）：０．９〜０．９５、
（ＭｇＯ）：１０〜１２％、（ＣａＦ₂）：３％、（Ｆ
ｅＯ）と（ＭｎＯ）との合計濃度：２〜３％であり、溶
鋼中の［Ｓｉ］濃度は０．１５〜０．１８％の範囲であ
った。

【００６１】図１４に示すように、（Ｎａ₂Ｏ）：５
％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ ₂）：１％になる
ように配合したスラグを使用した場合（●）は、使用し
ない場合（○）に比べてスラグ中の（Ａｌ₂Ｏ₃）濃度が
１０％以下で全酸素濃度の低減効果が顕在化し、（Ａｌ
₂Ｏ₃）濃度が５％以下でその低減効果が顕著になった。

【００６２】なお、実際の製鋼スラグにあっては、スラ
グ中の（Ａｌ₂Ｏ₃）濃度は耐火物、媒溶剤あるいは成分
調整のための合金鉄中に含まれる少量のＡｌの酸化によ
って不可避的に変化するため下限を限定することは困難
である。

【００６３】図１５は、（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ
₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合
したスラグを使用または使用しないときのスラグ中の
（ＭｇＯ）濃度と溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグ
ラフである。

【００６４】なお、このときのスラグ組成はスラグ塩基
度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比）：０．９〜０．９５、
（Ａｌ₂Ｏ₃）：３〜４％、（ＣａＦ₂）：３％、（Ｆｅ
Ｏ）と（ＭｎＯ）との合計濃度：２〜３％であり、溶鋼
中の［Ｓｉ］濃度は０．１５〜０．１８％の範囲であっ
た。

【００６５】図１５に示すように、（Ｎａ₂Ｏ）：５
％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ ₂）：１％になる
ように配合したスラグを使用した場合（●）は、使用し
ない場合（○）に比べてスラグ中の（ＭｇＯ）濃度が２
０％以下で全酸素濃度の低減効果が顕在化する。

【００６６】なお、スラグ中の（ＭｇＯ）濃度が５％未
満でも本発明の効果は維持されているものと考えられる
が、実際の製鋼スラグにあっては、スラグ中の（Ｍｇ
Ｏ）は耐火物の溶損防止の観点から必要な構成成分と考
えられスラグ中の（ＭｇＯ）濃度の下限濃度は５％が望
ましい。

【００６７】図１６は、（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ
₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合
したスラグを使用または使用しないときのスラグ中の
（ＦｅＯ）と（ＭｎＯ）との合計濃度と溶鋼中の全酸素
濃度との関係を示すグラフである。

【００６８】なお、このときのスラグ組成はスラグ塩基
度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比）：０．９〜０．９５、
（Ａｌ₂Ｏ₃）：３〜４％、（ＣａＦ₂）：３％、（Ｍｇ
Ｏ）：１０〜１３％であり、溶鋼中の［Ｓｉ］濃度は
０．１５〜０．１８％の範囲であった。

【００６９】図１６に示すように、（Ｎａ₂Ｏ）：５
％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％および（ＺｒＯ ₂）：１％になる
ように配合したスラグを使用した場合（●）は、使用し
ない場合（○）に比べてスラグ中の（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）
濃度が８％以下で全酸素濃度の低減効果が顕在化する。

【００７０】なお、スラグ中の（ＣａＦ₂）濃度につい
ては、本発明の全酸素濃度の低減効果に影響を及ぼさな
いため、適正濃度範囲を特に定めない。

【００７１】

【実施例１】７０質量トン容量の転炉を用いて脱炭終了
後、転炉出鋼時にＳｉおよびＭｎを添加し、さらにスラ
グ組成を調整後、スラグ精錬によりＳｉ脱酸処理を行っ
た。

【００７２】スラグ精錬のときの溶鋼組成は、［Ｃ］：
０．６５〜０．８５％、［Ｍｎ］：０．４０〜０．６０
％、および［Ｓｉ］：０．１８〜０．２５％であった。
また、スラグ組成は、転炉滓の除滓、媒溶剤添加、取鍋
耐火物溶損および脱酸剤の添加により調整した。

【００７３】なお、スラグ中へのＮａ₂ＯおよびＺｒＯ₂
の添加は媒溶剤の添加の段階で同時に行った。Ｎａ₂Ｏ
源としてソーダ灰を使用し、ＳｉＯ₂を主成分とする珪
砂と予め所定量になるよう混合して添加した。またＺｒ
Ｏ₂源として廃ジルコンレンガを適当な粒径に砕いたも
のを媒溶剤として添加した。

【００７４】Ｎａ₂ＯおよびＺｒＯ₂を添加した本発明例
のスラグの組成は、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂質量
比）：０．８０〜０．９５、（Ｎａ₂Ｏ）：４％、（Ｚ
ｒＯ₂）：１％、（Ａｌ₂Ｏ₃）：３〜４％、（Ｍｇ
Ｏ）：９〜１５％、（ＦｅＯ）と（ＭｎＯ）との合計濃
度：２．０〜５．０％および不可避的不純物であった。

【００７５】一方、Ｎａ₂ＯおよびＺｒＯ₂を添加してい
ない比較例のスラグの組成は、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ
₂質量比）：０．８０〜０．９５、（Ｎａ₂Ｏ）：０．１
％以下、（ＺｒＯ₂）：０．１％以下、（Ａｌ₂Ｏ₃）：
３〜４％、（ＭｇＯ）：９〜１５％、（ＦｅＯ）と（Ｍ
ｎＯ）との合計濃度：２．０〜５．０％および不可避的
不純物であった。

【００７６】スラグ精錬された溶鋼は、常法の連続鋳造
法にて連続鋳造された。連続鋳造後、さらに熱間圧延お
よび鍛造を経て、１７mmφの条鋼素材に圧延された段階
で、適当な部位より７箇所採取し、鋼中の全酸素濃度他
の測定を行った。

【００７７】全酸素濃度他の測定値は、各７箇所の平均
値とそのバラツキ（最大値および最小値）を求めた。図
１７は、（Ｎａ₂Ｏ）：４％および（ＺｒＯ₂）：１％に
なるように配合したスラグと配合しない場合における鋼
中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。

【００７８】同図に示すように、本発明例では鋼中の全
酸素濃度を１５ppm以下にすることができた。一方、比
較例では鋼中の全酸素濃度が１５ppmを超えた結果とな
った。

【００７９】

【実施例２】鋼中の［Ｓｉ］濃度が０．１５〜０．２５
％、［Ｃ］濃度が０．６５〜０．８５％の鋼を実施例１
のスラグ精錬方法で溶製し、全酸素濃度（Ｔ［Ｏ］）が
０．００１１〜０．００１５％になるように製造した鋼
を、連続鋳造し、熱間圧延および鍛造を経て、５．５mm
φの線材に加工して、そのときの全酸素濃度および清浄
度を調査した。長手方向にｎ数３〜５で分析試料を採取
して全酸素濃度および清浄度の平均値を用いた。清浄度
の調査方法は、被顕面積１６５mm²の試料を線材の両端
部分および中央部分の適当な位置から採取し、幅１μｍ
以上の介在物個数を計数した。比較例は、任意のスラグ
精錬方法で、上記組成に精錬し、また適宜強脱酸元素濃
度の添加やスラグ組成制御による調整を行った結果、強
脱酸元素が本発明例を外れた場合である。

【００８０】表１に本発明例および比較例における全酸
素濃度（Ｔ［Ｏ］）、強脱酸元素濃度、清浄度および介
在物組成の関係を示す。なお、清浄度は、測定した介在
物個数Ｎと、比較例２における介在物個数Ｎｏとの比で
ある介在物個数比Ｎ／Ｎｏで表した。また介在物組成に
ついては、エネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザー
で組成分析を行った。また、介在物組成形態制御性は、
基本組成がＳｉＯ₂からなる介在物において、強脱酸元
素の酸化物が５１質量％以上を含む幅１μｍ以上の介在
物が２０個中４個以上検出された場合を×、２０個中１
個から４個未満検出された場合を△、１個未満（検出さ
れない場合を意味する）を○、として評価した。

【００８１】本発明例１、２は、鋼中の全酸素濃度が低
く、介在物個数比も小さく、強脱酸元素に由来する介在
物もなかった。本発明例３は、Ａｌ₂Ｏ₃系介在物が若干
検出されたが全酸素濃度が低く、介在物個数比も比較的
小さかった。

【００８２】一方比較例１は、鋼中の全酸素濃度が１５
ppmを越えた場合であるが、介在物個数比が大であっ
た。比較例２は鋼中の［Ａｌ］が３１．５ppmの場合で
あるが、全酸素濃度が低い割に介在物個数比が大であ
り、Ａｌ₂Ｏ₃系介在物が多く検出された。比較例３は、
鋼中の［Ｃａ］濃度が２．３ppmの場合であるが、介在
物個数比が大であり、ＣａＯ系介在物が多く検出され
た。比較例４は、［Ｍｇ］濃度が２．２ppmの場合であ
るが、介在物個数比が大であり、ＭｇＯ系介在物が多く
検出された。比較例５は、鋼中の［Ｔｉ］濃度が１１．
０ppmの場合であるが、介在物個数比が大であり、Ｔｉ
Ｏ₂系介在物が多く検出された。比較例６は、鋼中の
［Ｚｒ］濃度が１．４ppmの場合であるが、介在物個数
比が大であり、ＺｒＯ₂系介在物が多く検出された。比
較例７は鋼中の［ＲＥＭ］濃度が５．３ppmの場合であ
るが、介在物個数比が大であり、REM酸化物系介在物が
多く検出された。

【００８３】

【表１】

【００８４】

【発明の効果】本発明により、Ｓｉ脱酸鋼中の全酸素濃
度を１５ppm以下に低減できるＳｉ脱酸鋼とその製造方
法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼中の全酸素濃度と介在物個数比（Ｎ／Ｎｏ）
との関係を示すグラフである。

【図２】鋼中の［Ａｌ］濃度と介在物中のＡｌ₂Ｏ₃濃度
との関係を示すグラフである。

【図３】鋼中の［Ｃａ］濃度と介在物中のＣａＯ濃度と
の関係を示すグラフである。

【図４】鋼中の［Ｍｇ］濃度と介在物中のＭｇＯ濃度と
の関係を示すグラフである。

【図５】鋼中の［Ｔｉ］濃度と介在物中のＴｉＯ₂濃度
との関係を示すグラフである。

【図６】鋼中の［Ｚｒ］濃度と介在物中のＺｒＯ₂濃度
との関係を示すグラフである。

【図７】鋼中の［ＲＥＭ］濃度と介在物中のＲｅ₂Ｏ₃濃
度との関係を示すグラフである。

【図８】鋼中の［Ｓｉ］濃度と介在物個数比との関係を
示すグラフである。

【図９】スラグ中の（アルカリ金属酸化物）の配合量と
溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図１０】スラグ中の（ＺｒＯ₂）の配合量と溶鋼中の
全酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図１１】スラグ中の（ＺｒＯ₂）配合量をパラメータ
としたスラグ中の（Ｎａ₂Ｏ）濃度と溶鋼中の全酸素濃
度との関係を示すグラフである。

【図１２】（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％およ
び（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合したスラグを使
用または使用しないときの溶鋼中の［Ｓｉ］濃度と溶鋼
中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図１３】（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％およ
び（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合したスラグを使
用または使用しないときのスラグ塩基度（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ ₂質量比）と溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラ
フである。

【図１４】（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％およ
び（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合したスラグを使
用または使用しないときのスラグ中の（Ａｌ₂Ｏ₃）濃度
と溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図１５】（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％およ
び（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合したスラグを使
用または使用しないときのスラグ中の（ＭｇＯ）濃度と
溶鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図１６】（Ｎａ₂Ｏ）：５％、（Ｌｉ₂Ｏ）：１％およ
び（ＺｒＯ₂）：１％になるように配合したスラグを使
用または使用しないときのスラグ中の（ＦｅＯ）と（Ｍ
ｎＯ）との合計濃度と溶鋼中の全酸素濃度との関係を示
すグラフである。

【図１７】（Ｎａ₂Ｏ）：４％および（ＺｒＯ₂）：１％
になるように配合したスラグと配合しない場合における
鋼中の全酸素濃度との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 38/06 Ｃ２２Ｃ 38/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼中に質量％で［Ｓｉ］：０．０５〜
４．０％、［Ａｌ］：０．００３０％以下、［Ｃａ］：
０．０００２％以下、［Ｍｇ］：０．０００２％以下、
［Ｔｉ］：０．００１０％以下、［Ｚｒ］：０．０００
１％以下、および［ＲＥＭ］：０．０００５％以下、Ｔ
［Ｏ］：０．００１５％以下含有することを特徴とする
清浄性に優れたＳｉ脱酸鋼。
【請求項２】溶鋼中にＳｉを０．０５〜４．０質量％
含有させてスラグ精錬によってＳｉ脱酸鋼を製造する方
法であって、前記スラグ精錬の際に使用するスラグがＮ
ａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂ＯおよびＺｒＯ₂の一種以上を合計
濃度で１０質量％以下含有し、スラグ塩基度（ＣａＯ／
ＳｉＯ₂質量比）：２．０以下、Ａｌ₂Ｏ₃濃度：１０質
量％以下、ＭｇＯ濃度：２０質量％以下、ＦｅＯとＭｎ
Ｏとの合計濃度：８質量％以下であることを特徴とする
Ｓｉ脱酸鋼の製造方法。