JP2002266018A - 溶鋼の脱酸方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素鋼の製造方法において、特に介在物性欠
陥の少ない鋳片を提供する溶鋼の製造方法である。 【解決手段】 溶鋼をＡｌまたはＡｌ合金で脱酸する際
に、脱酸剤添加終了３分以内にサンプリングした溶鋼を
凝固させた後の試料中に、直径５３μｍ以上の球形介在
物が１０００個／ｋｇ以上５０００個以下であることを
特徴とする溶鋼の脱酸法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素鋼の製造方法
に関し、特に介在物性欠陥の少ない鋳片を提供する溶鋼
の製造方法に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、連続鋳造法で製造した鋳片におけ
る介在物性の欠陥は非常に少なくなってきている。これ
は、溶鋼段階での脱酸法の技術改善や、連続鋳造におけ
る種々の介在物対策が効を奏した結果である。（第１２
６・１２７回西山記念技術講座「高清浄鋼」社団法人日
本鉄鋼協会，１９８８） しかしながら、自動車用鋼板や飲料缶素材用鋳片におい
ては、一層の介在物低減が要求されており、介在物個数
の低減と共にそのサイズを小さくすることが求められて
いる。

【０００３】溶鋼の脱酸は、一般にＡｌまたはＡｌ合金
を用いて行なわれる。この脱酸により生成した脱酸生成
物であるアルミナクラスターが非金属介在物として鋳片
に残留するが、その介在物の個数が多い場合やサイズが
大きい場合に、薄板への圧延時や製品の加工時に欠陥の
起点となり易い。このアルミナクラスターは、数μｍの
小さい球形アルミナ粒子が多数合体したものであり、内
部に鉄を取り囲んでいるために、見掛けの比重が大きく
なって浮上しにくく、鋳片に残留しやすい。

【０００４】鋳片内の介在物個数を低減する技術として
は、例えば特開平０７−３００６１２号公報、特開平０
５−３３１５２２号公報等が、また、介在物のサイズを
小さくする技術としては、例えば特開平０５−４３９７
７号公報等がある。飲料缶用鋳片内の介在物個数を低減
する技術として、上記特開平０７−３００６１２号公報
には、二次精錬において、溶鋼中にガス吹き込みランス
からフラックスを吹き込んで、フラックスを介在物と凝
集合体させ、浮上させることが記載されているが、吹き
込んだフラックスが溶鋼中に残留して介在物となる恐れ
があった。更に、フラックスを吹き込むということは熱
的にもデメリットが大きく、またフラックスそのものの
コストも高いという問題があった。

【０００５】また、上記特開平０５−３３１５２２号公
報では、転炉内へＣａＯを投入してスラグを固化させた
後、取鍋内に出鋼し、その後、取鍋上のスラグにＡｌを
添加して、スラグ中ＦｅＯ濃度を２質量％以下にするこ
とを記載しているが、スラグ中ＦｅＯ濃度を安定的に２
質量％以下にするには、多量のＡｌ投入が必要となり、
コスト的に高くなる。また、スラグ中ＦｅＯ濃度を２質
量％以下にしても、Ａｌ脱酸を行なう限り、脱酸生成物
であるアルミナが生成してクラスター状になる。これは
比重が大きいため、溶鋼表面への浮上によるアルミナク
ラスター個数の大幅減少は、期待出来ない。

【０００６】介在物のサイズを小さくする技術として
は、特開平０５−４３９７７号公報にＴｉとＭｇを溶鋼
中に添加することが開示されている。Ｍｇによる脱酸は
介在物のサイズが小さくなるという点で効果が見られる
が、Ｍｇ添加は歩留が低く不安定であり、かつコストが
高いという欠点を持つ。このようなことから、上述した
ような従来の技術では、介在物が厳しい鋼板用鋳片での
介在物個数の低減や介在物サイズの微細化を安定して達
成することは困難であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、溶鋼の脱酸
時に溶鋼上のスラグを積極的に巻き込むことにより、巻
き込まれたスラグ系介在物と脱酸生成物であるアルミナ
粒子の凝集合体を促進して浮上させ、介在物起因の欠陥
が発生しない鋼材を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、脱酸生成物で
あるアルミナクラスター介在物の個数を減少させて、ア
ルミナクラスター介在物起因の欠陥が発生しにくい鋼材
を製造する方法を提供するものである。上記目的を達成
するために、本発明は以下の構成を特徴とする。 （１）溶鋼をＡｌまたはＡｌ合金で脱酸する際に、脱酸
剤添加終了３分以内の該溶鋼中の直径５３μｍ以上の球
形介在物が１０００個／ｋｇ以上５０００個／ｋｇ以下
となるように溶鋼を脱酸することを特徴とする溶鋼の脱
酸法。 （２）溶鋼をＡｌまたはＡｌ合金で脱酸する際に、脱酸
剤添加終了時から５分間以上、溶鋼を攪拌することを特
徴とする前記（１）に記載の溶鋼の脱酸法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、このアルミナクラ
スターの個数を減少させるための手段として、取鍋内の
溶鋼上に存在するスラグを利用することを着想した。ス
ラグは複数の酸化物成分から構成されており、溶鋼との
界面付近は溶融している場合が多い。巻き込まれたスラ
グ系介在物とアルミナ粒子が凝集合体することは、既に
「材料とプロセス，１１（１９９８）ｐ．１６７」に記
載されているが、製品欠陥を低減するために、巻き込ま
れたスラグを積極的に活用するという思想や、それを達
成するための条件については明示されていない。

【００１０】本発明では、上記の思想や達成条件を明確
にしたところに意義がある。上記の観点から、まず実製
造プロセスにおけるＡｌ脱酸時の介在物挙動を詳細に解
析した結果、以下に列挙する知見を得た。 （１）取鍋中の溶鋼上に存在するスラグが溶鋼の攪拌時
にかなりの量、溶鋼に巻き込まれ、数十μｍ以上の球形
介在物として溶鋼中に懸濁している。 （２）この球形介在物の表面にＡｌ脱酸生成物である数
μｍの小さな球形アルミナ粒子が多数凝集合体した形態
の非金属介在物が多数観察される。 （３）鋳片になるとこの形態の介在物の個数は大幅に減
少している。

【００１１】これより、脱酸時の溶鋼撹拌で巻き込まれ
た取鍋スラグが溶鋼中に懸濁して球形のスラグ系介在物
となり、この介在物が、Ａｌ脱酸で生成し溶鋼中に分散
しているアルミナ粒子と凝集合体して、浮上しやすくな
ったと推定できる。このアルミナ粒子は、数μｍの小さ
い球形であり、時間が経過するに従い多数集合してクラ
スター状になる。このクラスターは鉄を内部に取り囲ん
でいるので、見掛けの比重が大きくなって浮上しにく
い。

【００１２】しかしながら、アルミナクラスターの構成
粒子となる数μｍのアルミナ粒子が、クラスター化する
前に、融点が比較的低くて大きさが数十μｍの球形スラ
グ粒子と凝集合体すれば、内部に鉄を取り囲むことはな
いので、その比重は鉄に較べて軽く、充分な時間さえ与
えれば、浮上して溶鋼中から減少する。その結果、時間
が経過してもクラスターの数は増えない。すなわち、ア
ルミナクラスターが減少することになる。

【００１３】上述したように、本発明が定性的に有効で
あることが、考え方としては整理できたが、本発明の効
果を得るためには、製品欠陥の発生を確実に低減するた
めの条件を求める必要がある。そこで、実製造プロセス
において撹拌条件を変化させて巻き込まれるスラグ系介
在物の個数を変化させて、製品欠陥が少なくなる条件を
検討した。試験条件を表１に示す。また、その結果を図
１および図２に示す。図１は縦軸に製品欠陥発生率、横
軸に鋳片内の直径３７μｍ以上のアルミナクラスター介
在物個数を示したものである。また、図２は縦軸に鋳片
内の直径３７μｍ以上のアルミナクラスター介在物個
数、横軸に脱酸剤添加終了３分以内にサンプリングした
溶鋼を凝固させた後の試料中に観察された直径５３μｍ
以上の球形介在物の個数を示したものである。この球形
介在物が、巻き込まれたスラグに起因するスラグ系介在
物を代表するものである。

【００１４】図１および図２より、製品欠陥を低減させ
るには、鋳片内の直径３７μｍ以上のアルミナクラスタ
ー介在物の個数を５００個／ｋｇ以下とする必要があ
り、このためには、脱酸剤添加終了３分以内にサンプリ
ングした溶鋼を凝固させた後の試料中に観察される直径
５３μｍ以上の球形介在物の個数を１０００個／ｋｇ以
上にする必要があることが判る。なお、５３μｍ以上の
球形介在物の個数が５０００個／ｋｇより多いところ
で、アルミナクラスターが増加する理由は、巻き込まれ
たスラグ系介在物が非常に多くなった場合には、その一
部が溶鋼中のＡｌによって還元されてアルミナになった
ものと考えられる。

【００１５】以下に、発明の条件を規定した理由を述べ
る。対象の脱酸剤はＡｌまたはＡｌ合金である。これら
は、脱酸力が強く、かつ他の脱酸元素に較べて比較的安
価なため、広く用いられている。次に直径５３μｍ以上
の球形介在物を測定の対象としたのは、この介在物が巻
き込まれたスラグに起因するスラグ系介在物であり、こ
の個数が多いほど巻き込まれたスラグ粒子が多く、また
溶鋼中での数が多いと、脱酸生成物であるアルミナ粒子
と凝集合体する確率が高くなり、浮上しやすくなるた
め、鋳片内のアルミナクラスタ介在物の個数が減少する
ためである。

【００１６】この直径５３μｍ以上の球形介在物の個数
を１０００個／ｋｇ以上としたのは、図１および図２の
結果に基づいたものである。すなわち、脱酸剤添加終了
３分以内にサンプリングした溶鋼を凝固させた後の試料
中に観察される直径５３μｍ以上の球形介在物の個数を
１０００個／ｋｇ以上にすれば、鋳片内の直径３７μｍ
以上のアルミナクラスター介在物の個数が５００個／ｋ
ｇ以下となり、製品欠陥の発生が大幅に低減する。

【００１７】次に、個数の上限を５０００個／ｋｇ以下
としたのは、巻き込まれたスラグ系介在物があまりに多
くなると、アルミナクラスターの低減効果は大きくなる
が、今度は球形のスラグ介在物それ自体が鋳片に残留
し、製品欠陥に悪影響を与えるためであり、解析の結
果、上限の数値を決定した。また、直径５３μｍ以上の
球形介在物の個数を調査するためのサンプリング時期を
脱酸剤添加終了３分以内としたのは、それ以上遅くする
と、この介在物の多くが浮上してその個数が大きく変化
するためである。

【００１８】更に、脱酸剤添加終了時から５分間以上溶
鋼を攪拌すると、乱流エネルギーによって巻き込まれた
スラグ系介在物とアルミナ粒子の凝集合体がより一層進
行し、鋳片内の直径３７μｍ以上のアルミナクラスター
介在物の個数が非常に少なくなって、より厳しい加工条
件でも介在物起因の欠陥が非常に少なくなる。なお、本
発明で規定している介在物の個数は、５００ｇ以上の鉄
サンプルを電解スライム抽出し、３７μｍまたは５３μ
ｍのフィルターに残留したものを顕微鏡で観察し、その
個数をカウントして鋳片１ｋｇ当たりに換算したもので
ある。

【００１９】アルミナクラスターについては、多数の粒
子がブドウの房状に凝集している形から判断した。一
方、球形介在物についても、その形態が球形のものを対
象とした。従って、凸凹のある形態の介在物はカウント
から除外される。本発明を実現する手段は、主として溶
鋼内に吹き込む不活性ガス量の調整である。不活性ガス
量が少ない場合には、溶鋼−スラグ界面が乱れないの
で、スラグの巻き込みは少ない。逆に不活性ガス量が多
すぎると、溶鋼−スラグ界面が乱れが激しくなり、巻き
込み介在物量が適正範囲を超えてしまうので、溶鋼中に
残留する介在物量が多くなってしまう。適正なガス量
は、脱酸時に使用するプロセスで異なるので、介在物の
調査で本発明の範囲を満足するように決定すれば良い。

【００２０】また、巻き込まれるスラグ成分について
は、特に規定はしない。一般的に炭素鋼の製造過程で生
成する溶鋼上のスラグは、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −ＭｎＯ−
Ｆｅ酸化物が主体であり、Ａｌ脱酸をすることによりＡ
ｌ₂ Ｏ₃ が増加していく。この範囲の成分変化によりス
ラグの融点や粘性、溶鋼との界面エネルギーの値が若干
変化するために、同じ撹拌条件でも巻き込まれるスラグ
量が少し変化するが、結果として、脱酸剤添加終了３分
以内にサンプリングした溶鋼を凝固させた後の試料中
に、直径５３μｍ以上の球形介在物が本発明条件内に入
ればよい。この観点から、スラグを改質してもしなくて
も構わない。

【００２１】

【実施例】表２に示す成分の炭素鋼を表３及び表４に示
す試験条件で製造し、得られた鋳片の介在物個数と、そ
れを素材として加工した場合の欠陥発生について調査し
た。調査方法としては、表５に示した方法で行なった。
本発明を満たした場合（○印）には、表３に示すよう
に、鋳片内の３７μｍ以上のアルミナクラスターの個数
が少なく、その結果鋼板表面疵による不合格や加工時の
欠陥も発生しないという良好な結果が得られた。特にＢ
−１、Ｃ−１、Ｄ−１では、脱酸後の溶鋼攪拌時間が５
分以上のため、鋳片内の３７μｍ以上のアルミナクラス
ターの個数がより少ないという、良好な結果となった。

【００２２】一方、本発明を満たさない比較材（×印）
については、次の通り問題のある結果となった。すなわ
ち、比較材Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、Ｄ−２、Ｅ−２、
Ｆ−２のＴｉ、Ｇ−２のＣａ、Ｈ−２のいずれの場合に
おいても、脱酸材添加後の球形介在物個数が本発明条件
範囲を満たしていないために、鋳片内の３７μｍ以上の
アルミナクラスターの個数が多く圧延後や加工時に欠陥
が発生した。

【００２３】このように、本発明の条件を満たさない場
合には、鋳片内の３７μｍ以上のアルミナクラスターの
個数が多く、圧延後のコイル欠陥や製品加工時の欠陥も
発生している。ここで、表３中の加工欠陥の欄で、−印
となっているものは、コイル段階で不合格になったため
に、製品にはならず、加工に至らなかったものである。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】

【表５】

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明により、鋳片のアル
ミナクラスターの個数が大幅に減少し圧延後のコイル欠
陥や製品加工時の欠陥が非常に少ないものが得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】製品の欠陥発生率と鋳片内の直径３７μｍ以上
のアルミナクラスター介在物個数の関係を示した図。

【図２】鋳片内の直径３７μｍ以上のアルミナクラスタ
ー介在物個数と脱酸剤添加終了３分以内にサンプリング
した溶鋼の試料中の直径５３μｍ以上の球形介在物の個
数の関係を示した図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶鋼をＡｌまたはＡｌ合金で脱酸する際
   に、脱酸剤添加終了３分以内の該溶鋼中の直径５３μｍ
   以上の球形介在物が１０００個／ｋｇ以上５０００個／
   ｋｇ以下となるように溶鋼を脱酸することを特徴とする
   溶鋼の脱酸法。
2. 【請求項２】 溶鋼をＡｌまたはＡｌ合金で脱酸する際
   に、脱酸剤添加終了時から５分間以上、溶鋼を攪拌する
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の脱酸法。